Las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la principal causa de muerte en el mundo occidental. Los cardiomiocitos derivados de células madre y progenitoras (SPC-CM) son muy prometedores para la reparación del miocardio. Los avances recientes en la reprogramación de células somáticas en células madre pluripotentes inducidas (iPSC) abren la puerta a futuras terapias basadas en células específicas para cada paciente. Sin embargo, la mayoría de los SPC-CM mostraron fenotipos electrofisiológicos (EP) inmaduros con automaticidad variable. La implantación de estos cardiomiocitos (CM) eléctricamente inmaduros en los corazones podría conllevar riesgos arritmogénicos. Las células madre embrionarias humanas (hESC) o los cardiomiocitos humanos derivados de iPSC (hESC-CM o iPSC-CM) proporcionan un sistema modelo para estudiar el desarrollo de CM, en parte porque son una población inmadura de cardiomiocitos que podría continuar madurando en el entorno del cuerpo embrioide (CE). Esclarecer los factores celulares y las vías moleculares que gobiernan la maduración eléctrica de las hESC-CM tempranas permitiría un microambiente diseñado para crear hESC-CM electrofisiológicamente compatibles para una terapia segura basada en células de enfermedades cardiovasculares. Utilizando hESC-CM y un sistema de selección de antibióticos para aislar hESC-CM (> 95% de pureza), encontramos que las células no miocárdicas en EB inducían la maduración eléctrica y la expresión de canales iónicos de hESC-CM primitivos durante la diferenciación. También se estableció un nuevo método de adición (cocultivo) para permitir un microambiente diseñado para la maduración EP controlada de hESC-CM primitivos. Con estos métodos establecidos, estudiamos más a fondo el papel de las células endoteliales (CE) y sus vías moleculares en la inducción de la maduración EP de hESC-CM primitivas. En el año 1, nuestros datos respaldan firmemente que las CE influyeron en la maduración EP de las hESC-CM primitivas a través de sus vías paracrinas y varios tipos de receptores. En particular, encontramos que las CE influyeron significativamente en la expresión de varios tipos específicos de canales iónicos de las hESC-CM tempranas a través de vías paracrinas. También generamos nuevas líneas de iPSC a partir de varias fuentes de fibroblastos para determinar si estas iPSC poseen una capacidad cardiogénica similar a la de las hESC H9. Aplicaremos la información obtenida de experimentos hESC-CM para inducir la maduración EP de cardiomiocitos derivados de varias iPSC. Nuestro estudio propuesto potencialmente proporcionará información importante sobre la maduración de canales iónicos dirigidos de SPC-CM primitivos y sobre la mejora de la seguridad de las terapias celulares actuales en los corazones.

Período de información:

Los estudiantes de Year 2

Las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la principal causa de muerte en el mundo occidental. Los cardiomiocitos derivados de células madre y progenitoras (SPC-CM) son muy prometedores para la reparación del miocardio. Los avances recientes en la reprogramación de células somáticas en células madre pluripotentes inducidas (iPSC) abren la puerta a futuras terapias basadas en células específicas para cada paciente. Sin embargo, la mayoría de los SPC-CM mostraron fenotipos electrofisiológicos (EP) inmaduros con automaticidad variable. La implantación de estos cardiomiocitos (CM) eléctricamente inmaduros en los corazones podría conllevar riesgos arritmogénicos. Las células madre embrionarias humanas (hESC) o los cardiomiocitos humanos derivados de iPSC (hESC-CM o iPSC-CM) proporcionan un sistema modelo para estudiar el desarrollo de CM, en parte porque son una población inmadura de cardiomiocitos que podría continuar madurando en el entorno del cuerpo embrioide (CE). Esclarecer los factores celulares y las vías moleculares que gobiernan la maduración eléctrica de las hESC-CM tempranas permitiría un microambiente diseñado para crear hESC-CM electrofisiológicamente compatibles para una terapia segura basada en células de enfermedades cardiovasculares. Utilizando hESC-CM y un sistema de selección de antibióticos para aislar hESC-CM (> 95% de pureza), encontramos que las células no miocárdicas en EB inducían la maduración eléctrica y la expresión de canales iónicos de hESC-CM primitivos durante la diferenciación. Se estableció un nuevo método de adición (cocultivo) para permitir un microambiente diseñado para la maduración EP controlada de hESC-CM primitivos. Con estos métodos establecidos, estudiamos más a fondo el papel de las células endoteliales (CE) y sus vías moleculares en la inducción de la maduración EP de hESC-CM primitivas. En el año 2, nuestros datos confirmaron que las CE influyeron en la maduración EP de las hESC-CM primitivas a través de sus vías paracrinas y varios tipos de receptores. En particular, encontramos que las CE influyeron significativamente en la expresión de dos tipos específicos de canales iónicos de las hESC-CM tempranas a través de vías paracrinas. Hemos generado nuevas líneas de iPSC a partir de diversas fuentes de fibroblastos y descubrimos que la fuente de fibroblastos influye en los potenciales cardiogénicos de las líneas de iPSC. Aclararemos los posibles mecanismos moleculares que pueden influir en la maduración EP de los cardiomiocitos derivados de varias iPSC. Nuestro estudio propuesto potencialmente proporcionará información importante sobre la maduración de canales iónicos dirigidos de SPC-CM primitivos y sobre la mejora de la seguridad de las terapias celulares actuales en los corazones.

Período de información:

Los estudiantes de Year 3

Las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la principal causa de muerte en el mundo occidental. Los cardiomiocitos derivados de células madre y progenitoras (SPC-CM) son muy prometedores para la reparación del miocardio. Los avances recientes en la reprogramación de células somáticas en células madre pluripotentes inducidas (iPSC) abren la puerta a futuras terapias basadas en células específicas para cada paciente. Sin embargo, la mayoría de los SPC-CM mostraron fenotipos electrofisiológicos (EP) inmaduros con automaticidad variable. La implantación de estos cardiomiocitos (CM) eléctricamente inmaduros en los corazones podría conllevar riesgos arritmogénicos. Las células madre embrionarias humanas (hESC) o los cardiomiocitos humanos derivados de iPSC (hESC-CM o iPSC-CM) proporcionan un sistema modelo para estudiar el desarrollo de CM, en parte porque son una población inmadura de cardiomiocitos que podría continuar madurando en el entorno del cuerpo embrioide (CE). Esclarecer los factores celulares y las vías moleculares que gobiernan la maduración eléctrica de las hESC-CM tempranas permitiría un microambiente diseñado para crear hESC-CM electrofisiológicamente compatibles para una terapia segura basada en células de enfermedades cardiovasculares. Utilizando hESC-CM y un sistema de selección de antibióticos para aislar hESC-CM (> 95% de pureza), encontramos que las células no miocárdicas en EB inducían la maduración eléctrica y la expresión de canales iónicos de hESC-CM primitivos durante la diferenciación. Se estableció un nuevo método de adición (cocultivo) para permitir un microambiente diseñado para la maduración EP controlada de hESC-CM primitivos. Con estos métodos establecidos, estudiamos más a fondo el papel de las células endoteliales (CE) y sus vías moleculares en la inducción de la maduración EP de hESC-CM primitivas. En el año 3, nuestros datos confirmaron que la endotelina-1 (ET-1), secretada por las células endoteliales, influyó en la maduración EP de las hESC-CM primitivas a través principalmente de un subtipo de receptores ET-1. En particular, confirmamos con grabaciones de parche que ET-1 influyó significativamente en la expresión de dos tipos específicos de canales iónicos de los primeros hESC-CM. También encontramos que la neuregulina afecta el desarrollo de canales iónicos de hESC-CM primitivos de una manera diferente a la ET-1. Además, generamos nuevas líneas de iPSC a partir de diversas fuentes de fibroblastos y descubrimos que las fuentes de fibroblastos influyen en los potenciales cardiogénicos de las líneas de iPSC. Realizamos perfiles de microARN y descubrimos que un cierto conjunto de miARN podría ser la base de los potenciales cardiogénicos de los cardiomiocitos derivados de iPSC generadas a partir de diversas fuentes de fibroblastos. Nuestros hallazgos podrían proporcionar información importante sobre la maduración dirigida de los canales iónicos de los SPC-CM primitivos y sobre la mejora de la seguridad de las terapias celulares actuales en los corazones.

Período de información:

NCE

Las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la principal causa de muerte en el mundo occidental. Los cardiomiocitos derivados de células madre y progenitoras (SPC-CM) son muy prometedores para la reparación del miocardio. Los avances recientes en la reprogramación de células somáticas en células madre pluripotentes inducidas (iPSC) abren la puerta a futuras terapias basadas en células específicas para cada paciente. Sin embargo, la mayoría de los SPC-CM mostraron fenotipos electrofisiológicos (EP) inmaduros con automaticidad variable. La implantación de estos cardiomiocitos (CM) eléctricamente inmaduros en los corazones podría conllevar riesgos arritmogénicos. Las células madre embrionarias humanas (hESC) o los cardiomiocitos humanos derivados de iPSC (hESC-CM o iPSC-CM) proporcionan un sistema modelo para estudiar el desarrollo de CM, en parte porque son una población inmadura de cardiomiocitos que podría continuar madurando en el entorno del cuerpo embrioide (CE). Esclarecer los factores celulares y las vías moleculares que gobiernan la maduración eléctrica de las hESC-CM tempranas permitiría un microambiente diseñado para crear hESC-CM electrofisiológicamente compatibles para una terapia segura basada en células de enfermedades cardiovasculares. Utilizando hESC-CM y un sistema de selección de antibióticos para aislar hESC-CM (> 95% de pureza), encontramos que las células no miocárdicas en EB inducían la maduración eléctrica y la expresión de canales iónicos de hESC-CM primitivos durante la diferenciación. Se estableció un nuevo método de adición (cocultivo) para permitir un microambiente diseñado para la maduración EP controlada de hESC-CM primitivos. Con estos métodos establecidos, estudiamos más a fondo el papel de las células endoteliales (CE) y sus vías moleculares en la inducción de la maduración EP de hESC-CM primitivas. En el período de extensión sin costo, nuestros datos confirmaron que la endotelina-1, secretada por las células endoteliales, influyó en la maduración EP de las hESC-CM primitivas a través de los receptores EC. En particular, confirmamos con grabaciones de parche que la endotelina-1 influyó significativamente en la expresión de dos tipos específicos de canales iónicos de los primeros hESC-CM. También encontramos que la neuregulina ejerce efectos complicados sobre la maduración eléctrica de hESC-CM. Hemos generado nuevas líneas de iPSC a partir de diversas fuentes de fibroblastos y descubrimos que la fuente de fibroblastos influye en los potenciales cardiogénicos de las líneas de iPSC. Hemos realizado perfiles de microARN y descubrimos que un cierto subconjunto de miARN puede ser la base de los potenciales cardiogénicos de los cardiomiocitos derivados de iPSC generadas a partir de diversas fuentes de fibroblastos. Nuestros hallazgos podrían proporcionar información importante sobre la maduración dirigida de los canales iónicos de los SPC-CM primitivos y sobre la mejora de la seguridad de las terapias celulares actuales en los corazones.

Detalles de la solicitud de subvención

Titulo de la aplicación:

Células endoteliales y maduración de canales iónicos de cardiomiocitos derivados de células madre humanas.

Resumen público:

Las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la principal causa de muerte en el mundo occidental. Los cardiomiocitos derivados de células madre y progenitoras (SPC-CM) son muy prometedores para la reparación del miocardio. Sin embargo, la mayoría de los SPC-CM mostraron fenotipos electrofisiológicos (EP) heterogéneos e inmaduros con automaticidad variable. La implantación de estos CM eléctricamente inmaduros y no homogéneos en los corazones podría conllevar riesgos arritmogénicos. Los cardiomiocitos derivados de células madre embrionarias humanas (hESC-CM) proporcionan un sistema modelo para estudiar el desarrollo de los cardiomiocitos (CM), en parte porque son una población inmadura de CM que podría continuar madurando en el entorno del cuerpo embrioide (EB). Esclarecer los factores celulares y las vías moleculares que gobiernan la maduración eléctrica de las hESC-CM tempranas permitiría diseñar un microambiente para crear hESC-CM electrofisiológicamente compatibles para una terapia segura basada en células de las enfermedades cardiovasculares.
Muchas señales temporales y regionales de células extracardíacas vecinas o no CM dirigen la especificación y maduración de las CM durante el desarrollo cardíaco normal. Queda por explorar cómo estas señales regionales y temporales influyen en la maduración EP de los CM primitivos en los EB. Sin comprender el mecanismo de maduración EP de los SPC-CM, el destino de los SPC-CM después del trasplante de células es impredecible y seguirá siendo un obstáculo desafiante para producir una terapia basada en células clínicamente segura. Utilizando hESC-CM y un sistema de selección de antibióticos para aislar hESC-CM (> 95% de pureza), encontramos que los no CM en EB inducían la maduración eléctrica y la expresión de canales iónicos de hESC-CM primitivos durante la diferenciación. También se estableció un nuevo método de adición (cocultivo) para permitir un microambiente diseñado para la maduración controlada de EP de CM primitivos. Con estos métodos y resultados establecidos, estudiamos el papel de las células endoteliales (CE) y sus vías moleculares en la inducción de la maduración EP de hESC-CM primitivas, ya que se ha demostrado que las CE mejoran la supervivencia y el desarrollo de las CM tempranas. Descubrimos que las CE influyeron significativamente en la expresión de tipos específicos de canales iónicos de las hESC-CM tempranas a través de vías paracrinas. En esta solicitud de subvención, primero utilizaremos métodos de registro electrofisiológico y de imágenes de calcio para caracterizar los fenotipos de EP y la maduración de hESC-CM en EB después de bloquear o activar varias vías paracrinas relacionadas con EC. Luego aplicaremos la información obtenida de los experimentos hESC-CM para inducir la maduración EP de CM derivadas de células madre pluripotentes inducidas. Nuestro estudio propuesto potencialmente proporcionará información importante sobre la maduración de canales iónicos dirigidos de SPC-CM primitivos y sobre la mejora de la seguridad de las terapias celulares actuales en los corazones.

Declaración de beneficio para California:

Las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la principal causa de muerte en el mundo occidental. Las terapias celulares basadas en células madre y progenitoras (SPC) en estudios en animales y humanos sugieren potenciales terapéuticos prometedores. Sin embargo, la mayoría de los cardiomiocitos derivados de SPC (SPC-CM) mostraron fenotipos electrofisiológicos (EP) heterogéneos e inmaduros con una automaticidad sustancial. Implantar estos CM eléctricamente inmaduros y no homogéneos en los corazones sería arritmogénico y perjudicial. Es muy necesario comprender mejor los mecanismos de maduración EP de los SPC-CM primitivos y crear métodos de inducción de la maduración de los SPC-CM primitivos para poder lograr una reparación miocárdica segura y basada en células sin riesgos arritmogénicos. Por primera vez, hemos proporcionado evidencia de que los no CM en cuerpos embrioides (EB) indujeron la maduración EP de los CM derivados de células madre embrionarias humanas primitivas (hESC-CM) durante la diferenciación. Solo un número muy pequeño de laboratorios en el mundo han logrado avances en la comprensión de las vías moleculares y los factores celulares que controlan la maduración EP de las hESC-CM primitivas. Como resultado, no se ha desarrollado ningún método para crear una maduración EP dirigida de SPC-CM in vitro o in vivo. Hemos desarrollado con éxito la tecnología para aislar eficientemente poblaciones puras de hESC-CM de EB y establecido el método de cocultivo para promover la maduración EP de hESC-CM tempranas por parte de no CM. La investigación propuesta determinará aún más los mecanismos por los cuales las células endoteliales afectan la expresión de los canales iónicos y la maduración EP de los hESC-CM primitivos. Lo más importante es que, utilizando nuestros métodos establecidos, hemos comenzado a investigar estrategias para inducir la maduración de CM derivadas de células madre pluripotentes inducidas (iPSC-CM). Una vez logrados ambos objetivos, convertiremos a California en el primer estado en producir una terapia basada en células segura y específica para el paciente para la reparación del miocardio con una población electrofisiológicamente madura de iPSC-CM. Actualmente, ninguna de las investigaciones relacionadas con células madre en California u otros estados se dedica a inducir la maduración EP de hESC-CM o iPSC-CM primitivas para que se pueda lograr una terapia basada en células clínicamente segura. La investigación propuesta proporcionará información sobre los mecanismos para inducir la maduración EP de SPC-CM primitivos, lo que permitirá una futura miogénesis dirigida con una maduración EP adecuada a partir de hESC-CM primitivos o iPSC-CM para terapias celulares seguras en California. El éxito de esta propuesta también convertirá a California en el epicentro de la próxima generación de terapias celulares y beneficiará a sus ciudadanos que padecen enfermedades cardiovasculares importantes.

Publicaciones

J Cardiovasc Electrofisiol (2011): Mapeo electrofisiológico de corazones embrionarios de ratón: mecanismos para el cambio de marcapasos en el desarrollo y la vía de conducción internodal. (PubMed: 21985309)
Naturaleza (2014): Un ARN largo no codificante protege al corazón de la hipertrofia patológica. (PubMed: 25119045)
Cardiol celular J Mol (2012): El perfil de microARN predice una variación en el potencial proliferativo de las células progenitoras cardíacas derivadas de corazones murinos neonatales y adultos. (PubMed: 22062954)
Circulación (2013): Las mutaciones sin sentido en la placofilina-2 causan déficit de corriente de sodio y se asocian con un fenotipo del síndrome de Brugada. (PubMed: 24352520)
Naturaleza (2013): Estudio de la displasia arritmogénica del ventrículo derecho con iPSC específicas del paciente. (PubMed: 23354045)

Células endoteliales y maduración de canales iónicos de cardiomiocitos derivados de células madre humanas.

Detalles de la concesión de la subvención

Informe de progreso

Detalles de la solicitud de subvención

Células endoteliales y maduración de canales iónicos de cardiomiocitos derivados de células madre humanas.

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