Desarrollo de tecnología de resonancia magnética unicelular utilizando reporteros basados en hierro codificados genéticamente
Detalles de la concesión de la subvención
Tipo de subvención:
Conceder número:
RT2-02018
Investigador(es):
Enfoque de la enfermedad:
Uso de células madre humanas:
Valor del premio:
$1,833,348
Estatus
Cerrado
Informe de progreso
Período de información:
Los estudiantes de Year 1
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
Período de información:
Año 4/NCE
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Desarrollo de tecnología de resonancia magnética unicelular utilizando reporteros basados en hierro codificados genéticamente
Resumen público:
La aplicación clínica de la terapia de trasplante de células requiere un medio de monitorización no invasiva de estas células en el paciente. Se han utilizado varias modalidades de imágenes, incluidas la resonancia magnética, la bioluminiscencia y la tomografía por emisión de positrones, para rastrear células madre in vivo. Para las imágenes por resonancia magnética, las células están precargadas con moléculas o partículas que alteran sustancialmente el brillo de la imagen; La estrategia de etiquetado más común emplea partículas de óxido de hierro. Varios estudios han demostrado la capacidad de la resonancia magnética para rastrear longitudinalmente células trasplantadas marcadas con hierro en diferentes modelos animales, incluidos accidentes cerebrovasculares y cáncer. Pero este tipo de etiquetado tiene sus inconvenientes. La división de las células dará como resultado la dilución de las partículas y la pérdida de señal. Se pueden detectar señales falsas en células moribundas o si otras células ingieren las células de interés.
Para superar estos obstáculos en el camino hacia la implementación clínica del seguimiento de células madre, ahora se cree que será necesario un enfoque de etiquetado genético, mediante el cual la expresión de proteínas específicas provoque la formación de agentes de contraste adecuados. Esta generación endógena y persistente de contraste celular sería particularmente valiosa para el campo de la terapia con células madre, donde se sabe que la capacidad de localización de las células madre trasplantadas, la viabilidad a largo plazo y la capacidad de diferenciación influyen fuertemente en los resultados terapéuticos. Sin embargo, aún no se han desarrollado estrategias de etiquetado genético o "informadores de genes" que permitan la detección sensible de células raras, de forma no invasiva y profunda en el tejido. Por lo tanto, este es el cuello de botella traslacional que proponemos abordar en esta subvención, mediante el desarrollo y la validación de una novedosa tecnología indicadora de genes de resonancia magnética de alta sensibilidad.
Ha habido informes recientes de producción celular mediada por genes de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro de la misma composición que las partículas sintéticas de óxido de hierro utilizadas ampliamente en estudios de etiquetado exógeno. Es una extensión de esta estrategia, combinada con nuestras propias fortalezas en el desarrollo de tecnología de resonancia magnética de alta sensibilidad, que proponemos aplicar a la tarea de seguimiento de células individuales de células cancerosas metastásicas y células madre neurales.
Si tenemos éxito con los estudios propuestos, habremos avanzado sustancialmente en el campo de las imágenes celulares in vivo, al proporcionar una tecnología de seguimiento celular estable que podría usarse para estudiar eventos que ocurren a una profundidad arbitraria en el tejido (a diferencia de los métodos ópticos) y en un espacio ilimitado. duración del tiempo y número arbitrario de divisiones celulares (a diferencia de la resonancia magnética celular convencional).
Con la capacidad de rastrear no sólo el destino (migración, localización y proliferación), sino también la viabilidad y función de un número muy pequeño de células madre, se obtendrán nuevos conocimientos sobre el comportamiento de estas células en un microambiente mucho más relevante en comparación con el actual. modelos in vitro y, sin embargo, con una visualización y una sensibilidad de detección de células mucho mejores en comparación con otros métodos de obtención de imágenes in vivo.
Para superar estos obstáculos en el camino hacia la implementación clínica del seguimiento de células madre, ahora se cree que será necesario un enfoque de etiquetado genético, mediante el cual la expresión de proteínas específicas provoque la formación de agentes de contraste adecuados. Esta generación endógena y persistente de contraste celular sería particularmente valiosa para el campo de la terapia con células madre, donde se sabe que la capacidad de localización de las células madre trasplantadas, la viabilidad a largo plazo y la capacidad de diferenciación influyen fuertemente en los resultados terapéuticos. Sin embargo, aún no se han desarrollado estrategias de etiquetado genético o "informadores de genes" que permitan la detección sensible de células raras, de forma no invasiva y profunda en el tejido. Por lo tanto, este es el cuello de botella traslacional que proponemos abordar en esta subvención, mediante el desarrollo y la validación de una novedosa tecnología indicadora de genes de resonancia magnética de alta sensibilidad.
Ha habido informes recientes de producción celular mediada por genes de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro de la misma composición que las partículas sintéticas de óxido de hierro utilizadas ampliamente en estudios de etiquetado exógeno. Es una extensión de esta estrategia, combinada con nuestras propias fortalezas en el desarrollo de tecnología de resonancia magnética de alta sensibilidad, que proponemos aplicar a la tarea de seguimiento de células individuales de células cancerosas metastásicas y células madre neurales.
Si tenemos éxito con los estudios propuestos, habremos avanzado sustancialmente en el campo de las imágenes celulares in vivo, al proporcionar una tecnología de seguimiento celular estable que podría usarse para estudiar eventos que ocurren a una profundidad arbitraria en el tejido (a diferencia de los métodos ópticos) y en un espacio ilimitado. duración del tiempo y número arbitrario de divisiones celulares (a diferencia de la resonancia magnética celular convencional).
Con la capacidad de rastrear no sólo el destino (migración, localización y proliferación), sino también la viabilidad y función de un número muy pequeño de células madre, se obtendrán nuevos conocimientos sobre el comportamiento de estas células en un microambiente mucho más relevante en comparación con el actual. modelos in vitro y, sin embargo, con una visualización y una sensibilidad de detección de células mucho mejores en comparación con otros métodos de obtención de imágenes in vivo.
Declaración de beneficio para California:
La terapia con células madre tiene una enorme promesa de convertirse en una terapia viable para una variedad de enfermedades, incluidos los accidentes cerebrovasculares, otras enfermedades cardiovasculares y enfermedades neurológicas. El progreso en el desarrollo de estas terapias depende de la capacidad de monitorear la entrega, migración y acción terapéutica de las células en el sitio de la enfermedad, utilizando imágenes y otras tecnologías no invasivas. Si se pudieran lograr avances en este sentido, no sólo sería de enorme beneficio para los ciudadanos del estado de California, sino que también reduciría en gran medida los costos de atención médica. Desde una perspectiva de investigación más amplia, el estado de California es pionero en la investigación con células madre, habiendo reunido no sólo inversiones privadas, como lo demuestran las numerosas empresas de biotecnología que están desarrollando herramientas innovadoras, sino también importantes fondos públicos que permiten al estado, a través del CIRM, para patrocinar la investigación con células madre en instituciones públicas y privadas. Para preservar la posición de liderazgo y fomentar la investigación sobre células madre, CIRM está convocando propuestas de investigación para desarrollar herramientas y tecnologías innovadoras que superarán los obstáculos actuales en la investigación traslacional de células madre. Esta propuesta beneficiará al estado al proporcionar nueva tecnología importante que será valiosa para la investigación de células madre tanto básica como traslacional. Un obstáculo clave para el desarrollo y la traducción de nuevas terapias con células madre es la incapacidad de rastrear las células madre a través del cuerpo humano. Es posible obtener imágenes de células madre utilizando etiquetas de fluorescencia óptica integradas, pero las imágenes ópticas no permiten el seguimiento de células en las profundidades del tejido. También se han utilizado otras modalidades de imágenes y sus etiquetas celulares asociadas (por ejemplo, la tomografía por emisión de positrones) para rastrear células, pero no tienen la sensibilidad para detectar células raras o únicas. Finalmente, la resonancia magnética se ha utilizado para rastrear células en lo profundo del tejido, hasta el nivel de una sola célula, pero solo precargando las células con un suministro no renovable de nanopartículas de óxido de hierro, lo que impide el seguimiento y la evaluación a largo plazo de la viabilidad celular y función. Proponemos aquí desarrollar tecnología de resonancia magnética y una nueva forma de tecnología de etiquetado celular a largo plazo codificada genéticamente, a un estado mucho más avanzado que el disponible en la actualidad. Esto permitirá utilizar la resonancia magnética para detectar y seguir el cáncer y las células madre a medida que migran y proliferan en el sitio de interés, incluso a partir de la etapa de célula única. Esto proporcionará una tecnología que ayudará a los investigadores de células madre, principalmente en California, a comprender el comportamiento de las células madre en un entorno realista in vivo. Esta tecnología será traducible a futuros estudios de investigación con células madre humanas.
