El desarrollo de estrategias de conversión de linaje para la generación de células progenitoras vasculares (VPC) y sus derivados diferenciados, células endoteliales y de músculo liso, facilitará la implementación clínica de estrategias de reprogramación y la futura medicina personalizada. Anteriormente hemos desarrollado metodologías que facilitan la generación rápida y altamente eficiente de VPC humanas con potencial para dar lugar a vasculatura humana funcional. Nuestros objetivos a largo plazo implican el perfeccionamiento y desarrollo de estrategias que no sólo eliminen el riesgo de formación de tumores debido al trasplante de células madre pluripotentes residuales (un riesgo inherente al uso de células madre pluripotentes embrionarias y inducidas), sino que también reduzcan el tiempo necesaria para la generación de vasos para la traducción y aplicación eficiente de estas metodologías en situaciones isquémicas agudas. En última instancia, estamos probando diferentes fuentes celulares y refinando nuestras metodologías de reprogramación para generar: 1) una metodología única y segura para la generación de vasos humanos; 2) datos preclínicos in vivo sobre la funcionalidad y potencial de formación de tumores de las diferentes metodologías utilizadas; 3) proporcionar datos preclínicos in vivo sobre modelos animales inmunocomprometidos, así como en modelos singénicos de trasplante de células para evaluar el posible rechazo inmunológico de material autólogo y el papel de la inflamación en la posible formación de tumores. Nuestros experimentos in vivo se llevarán a cabo además en dos modelos de isquemia de lesión diferentes: isquemia de las extremidades traseras y modelos de infarto cardíaco. Durante el primer año del período financiado, completamos con éxito la evaluación de diferentes tipos de células como fuente para la generación de células vasculares y determinamos que los fibroblastos, células de la piel que se pueden obtener fácilmente de manera específica para el paciente, para ser la fuente más confiable de células somáticas para la conversión de linaje indirecto en células progenitoras vasculares. Además, hemos generado diferentes construcciones inducibles para los diferentes genes utilizados durante la reprogramación a un estado desdiferenciado, concretamente Oct4, Sox2, KLF4 y c-Myc. Se ha evaluado de forma independiente el potencial de cada gen para generar células CD34+, y hemos descubierto que Sox2 es indispensable para el proceso. También hemos iniciado experimentos sobre la funcionalidad y hemos iniciado experimentos sobre la capacidad de formación de tumores. Hasta ahora, la mayoría de las diferentes metodologías probadas dieron lugar a células funcionales (aunque con diferentes eficiencias y tiempos) y, lo más importante, hasta ahora no dieron como resultado la formación de tumores. Por último, comenzamos a analizar las mutaciones genéticas presentes en las células endoteliales convertidas y no encontramos variaciones significativas en el número de copias, incluso cuando se emplearon enfoques integradores.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
Las tecnologías de reprogramación permiten definir la identidad celular a la carta. Mientras que la reprogramación de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) ha atraído la mayor parte de la atención debido a su potencial para aplicaciones de medicina regenerativa y modelado de enfermedades, evitando al mismo tiempo la necesidad de material embrionario necesario para generar líneas de células madre embrionarias (ESC), la generación de iPSC y su una mayor diferenciación a linajes celulares y tejidos específicos no representa la única estrategia de reprogramación disponible. De hecho, el uso de iPSC, per se, posee a priori el riesgo inherente de formación de tumores debido al trasplante de células pluripotentes residuales. Además, el largo tiempo necesario para la reprogramación de las iPSC y una mayor diferenciación hace que las iPSC sean propensas a la acumulación de mutaciones somáticas aleatorias que, aunque en su mayoría silenciadas e irrelevantes, en algunos casos podrían provocar anomalías celulares que conduzcan a un mal funcionamiento o carcinogénesis. Entre todos los diferentes linajes que pueden derivarse de iPSC y ESC, los linajes vasculares presentan quizás el catálogo más amplio de uso clínico potencial. La vascularización, o la generación de nuevos vasos, no sólo proporciona una alternativa para el tratamiento, por ejemplo, de pacientes diabéticos en los que la vasculatura se está destruyendo, sino que también se extiende a una serie de enfermedades vasculares y, lo más importante, representa la piedra angular para cualquier tratamiento de lesiones traumáticas así como de enfermedades cardiovasculares e infartos. En este caso, la vascularización permitirá reponer el suministro de oxígeno y nutrientes al área lesionada. Esto a su vez permite la curación y evita la necrosis, que tan a menudo conduce a procedimientos de amputación.
Por tanto, nuestra propuesta se centra en generar células vasculares funcionales para uso humano y su ensayo en diferentes modelos de isquemia e infarto. Primero nos hemos centrado en descifrar una metodología para derivar células vasculares tanto de iPSC como de ESC con alta eficiencia. Hasta ahora, nuestros resultados indican que las células vasculares derivadas de células pluripotentes son funcionales y no dan lugar a tumores tras el trasplante. Además, nuestras metodologías de diferenciación aparentemente no comprometen el genoma humano. Por lo tanto, esto representa un enfoque seguro para la traducción clínica. Para evitar cualquier problema potencial que pueda surgir a largo plazo, además hemos identificado un conjunto de condiciones diferentes que nos permiten convertir directamente las células de la piel humana en células vasculares funcionales. En este caso, las células vasculares generadas no pasan por un estado de iPSC y, por lo tanto, son más seguras por definición. Para proporcionar aún más un producto celular seguro para aplicaciones clínicas, además hemos traducido todas nuestras metodologías a sistemas de administración de genes no integrativos que aseguran y contribuyen aún más a la ausencia de mutaciones genéticas en las células vasculares convertidas. Hasta la fecha, hemos podido producir células vasculares de alta calidad a gran escala y ahora estamos listos para iniciar nuestros estudios de seguridad en modelos de lesiones de infarto de miocardio e isquemia de extremidades.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
Las estrategias para generar tejidos humanos para la medicina regenerativa se han visto impulsadas recientemente por el desarrollo de nuevas tecnologías de células madre. Sin embargo, las tecnologías actuales no están exentas de riesgos y requieren una mayor optimización para su aplicación segura en humanos. Durante el transcurso de este proyecto hemos podido identificar nuevos elementos genéticos y condiciones de laboratorio que facilitan la conversión de células de la piel humana en vasos que componen el sistema vascular. La generación de vasos en el laboratorio puede permitir el tratamiento de múltiples enfermedades humanas, incluidas situaciones isquémicas, defectos vasculares y otras enfermedades que afectan el sistema cardiovascular, que en conjunto siguen siendo la principal causa de mortalidad en el mundo desarrollado. Nuestras metodologías aumentaron la eficiencia general (al acortar el tiempo necesario para generar vasos y aumentar la cantidad de células producidas) y, por lo tanto, la disponibilidad futura para los pacientes, además de demostrar un perfil más seguro en comparación con tecnologías anteriores.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Reprogramación directa hacia progenitores vasculares para el tratamiento de la isquemia.
Resumen público:
La angiogénesis o la generación de nuevos vasos sanguíneos es una parte fundamental del proceso de curación normal. Los vasos recién creados aseguran el suministro de oxígeno, nutrientes y señales de reparación específicas a los tejidos lesionados. De hecho, aunque se requieren mecanismos de reparación adicionales, como la reposición de tipos de células específicas de los tejidos, la angiogénesis contribuye a la curación de una serie de procesos diferentes, como la regeneración nerviosa, la reparación de la piel, los músculos y los huesos, entre otros. La angiogénesis insuficiente es una característica de las heridas crónicas y, a menudo, está presente en personas mayores, personas con colesterol alto, diabetes y bebedores y fumadores empedernidos. Se han invertido más de 4 mil millones de dólares en investigación y desarrollo y actualmente se están llevando a cabo más de 600 ensayos clínicos dirigidos a una variedad de trastornos, incluidas las complicaciones relacionadas con la diabetes, la enfermedad arterial periférica, los accidentes cerebrovasculares y la cicatrización de heridas, por citar algunos ejemplos. La mayoría de los estudios se han centrado en el desarrollo de moléculas que faciliten la autorreparación aumentando la angiogénesis endógena. Las tecnologías de células madre abren la posibilidad de generar y diseñar vasos sanguíneos in vitro adecuados para trasplantes en áreas locales específicas. Por lo tanto, aunque las tecnologías de células madre pueden permitir la generación a gran escala de vasos adecuados para la curación de una amplia variedad de trastornos, las preocupaciones sobre la seguridad obstaculizan su traducción a la clínica.
Declaración de beneficio para California:
Rara vez aparece una nueva tecnología que tenga el potencial de tener un impacto tan importante en la salud humana como lo hace la reprogramación de células madre. El desarrollo exitoso de terapias con células madre para trastornos en los que la generación de nuevos vasos es necesaria para la curación tendrá un efecto obvio y directo en los pacientes y las familias afectadas. Además, las técnicas de medicina regenerativa no se limitan a la generación de nueva vasculatura y tienen el potencial de tratar una amplia gama de enfermedades como el Parkinson, el Alzheimer, la diabetes y los trastornos sanguíneos. Todos estos trastornos imponen una carga enorme al Estado en términos de costos de atención médica. La idea de conectar los descubrimientos básicos en la investigación de células madre con aplicaciones clínicas es nueva y exclusiva de la iniciativa de California. Como tal, California es el principal beneficiario de esta inversión tecnológica. Prevemos dos efectos positivos importantes para los californianos: (2) Los pacientes de California serán privilegiados una vez que las terapias con células madre estén desarrolladas y listas para implementarse. Esto creará una ola positiva en la percepción y conciencia general sobre la posición de California y sus instituciones médicas en todo el mundo. (1) California será testigo del crecimiento de su infraestructura tecnológica/industrial para desarrollar nuevas formas de tratamientos a la par de nuevos descubrimientos básicos. Esta combinación es poderosa y se generarán dividendos a su debido tiempo en forma de ingresos provenientes de la prestación de atención médica y la propiedad intelectual.
