Tolerancia inmune diseñada mediante regeneración tímica derivada de células madre

Para que las terapias con células madre avancen, será esencial que se logre la regulación de las respuestas inmunes a los tejidos derivados de células madre. Si bien la función del sistema inmunológico en la protección contra infecciones es esencial durante toda la vida, algunas reacciones inmunes son indeseables. Son comunes las enfermedades debidas a la autoinmunidad, en las que el sistema inmunológico ataca al propio cuerpo, en lugar de sólo a los gérmenes que causan infección. Ejemplos de enfermedades autoinmunes que son susceptibles de terapias basadas en células madre incluyen la diabetes tipo I causada por respuestas inmunes anormales dirigidas contra las células productoras de insulina y la esclerosis múltiple (EM) causada por respuestas inmunes que atacan el sistema nervioso. Otro tipo de respuesta inmune indeseable es el ataque a los tejidos trasplantados, provocando rechazo. El control de las reacciones inmunes es el principal impedimento para el éxito del trasplante de órganos y es muy probable que sea un obstáculo para los usos terapéuticos de las células madre. Estamos evaluando una estrategia basada en células madre para controlar la edición de la respuesta inmune para tratar la autoinmunidad y permitir el trasplante de tejidos derivados de células madre. Los miembros del equipo internacional (California y Australia) han colaborado en el aislamiento de las células madre que dan lugar a células epiteliales tímicas especializadas (TEC), que controlan la inmunidad editando las células T en desarrollo en el timo antes de que sean liberadas al torrente sanguíneo. . Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que al trasplantar nuevas TEC, podemos controlar la respuesta inmune permitiendo que se produzcan diferentes células T. Debido a que las TEC siempre están siendo reemplazadas, se ha vuelto necesario que nos centremos en identificar células madre de TEC, que puedan producir nuevas TEC de forma continua. Las células madre TEC continúan produciendo nuevas TEC durante al menos 6 meses. Ahora estamos comparando dos formas de aislar estas células madre TEC, ya sea haciéndolas a partir de células madre embrionarias o aislándolas del timo de un donante. También hemos desarrollado modelos de ratón para la EM y el rechazo de células madre que pueden controlarse mediante modificación o supresión del sistema inmunológico. Hemos probado un nuevo enfoque basado en anticuerpos para controlar las reacciones autoinmunes contra el tejido del sistema nervioso en un modelo de EM y para controlar el rechazo de células madre trasplantadas. El enfoque basado en anticuerpos mejoró el curso de la EM experimental, pero por sí solo no pudo proteger a las células madre del rechazo. Por lo tanto, ahora estamos evaluando terapias adicionales para aumentar el efecto del enfoque de anticuerpos para controlar la autoinmunidad o el rechazo.

Para que las terapias con células madre avancen, será esencial que se logre la regulación de las respuestas inmunes a los tejidos derivados de células madre. Si bien la función del sistema inmunológico en la protección contra infecciones es esencial durante toda la vida, algunas reacciones inmunes son indeseables. Son comunes las enfermedades debidas a la autoinmunidad, en las que el sistema inmunológico ataca al propio cuerpo, en lugar de sólo a los gérmenes que causan infección. Ejemplos de enfermedades autoinmunes que son susceptibles de terapias basadas en células madre incluyen la diabetes tipo I causada por respuestas inmunes anormales dirigidas contra las células productoras de insulina y la esclerosis múltiple (EM) causada por respuestas inmunes que atacan el sistema nervioso. Otro tipo de respuesta inmune indeseable es el ataque a los tejidos trasplantados, provocando rechazo. El control de las reacciones inmunes es el principal impedimento para el éxito del trasplante de órganos y es muy probable que sea un obstáculo para los usos terapéuticos de las células madre. Estamos evaluando una estrategia basada en células madre para controlar la edición de la respuesta inmune para tratar la autoinmunidad y permitir el trasplante de tejidos derivados de células madre. Los miembros del equipo internacional (California y Australia) han colaborado en el aislamiento de las células madre que dan lugar a células epiteliales tímicas especializadas (TEC), que controlan la inmunidad editando las células T en desarrollo en el timo antes de que se liberen al torrente sanguíneo. . Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que al trasplantar nuevas TEC, podemos controlar la respuesta inmune permitiendo que se produzcan diferentes células T. Debido a que las TEC siempre están siendo reemplazadas, se ha vuelto necesario que nos centremos en identificar células madre de TEC, que puedan producir nuevas TEC de forma continua. Las células madre TEC continúan produciendo nuevas TEC durante al menos 6 meses. Ahora estamos comparando dos formas de aislar estas células madre TEC, ya sea haciéndolas a partir de células madre embrionarias o aislándolas del timo de un donante. También hemos desarrollado modelos de ratón para la EM y el rechazo de células madre que pueden controlarse mediante modificación o supresión del sistema inmunológico. Hemos probado un nuevo enfoque basado en anticuerpos para controlar las reacciones autoinmunes contra el tejido del sistema nervioso en un modelo de EM y para controlar el rechazo de células madre trasplantadas. El enfoque basado en anticuerpos mejoró el curso de la EM experimental, pero por sí solo no pudo proteger a las células madre del rechazo. Por lo tanto, ahora estamos evaluando terapias adicionales para aumentar el efecto del enfoque de anticuerpos para controlar la autoinmunidad o el rechazo.

El propósito de esta subvención es regenerar y reprogramar el sistema inmunológico mediante la producción de células especializadas llamadas células epiteliales del timo (TEC) a partir de células madre. Las TEC son células de soporte (estromales) en la glándula del timo. Se requieren TEC para 1) estimular el crecimiento de células T jóvenes y 2) seleccionar qué células T pueden desarrollarse y convertirse en parte del sistema inmunológico. Nuestra hipótesis es que TEC puede generarse a partir de células madre, trasplantarse a receptores y usarse para generar un nuevo sistema inmunológico que podría reemplazar un sistema inmunológico anormal. Ejemplos de sistemas inmunológicos anormales son aquellos en los que las células T atacan a las células del cuerpo, como las células que recubren los nervios, lo que resulta en esclerosis múltiple. Las TEC se renuevan a un ritmo rápido, es decir, un alto porcentaje de TEC mueren en cualquier momento, lo que requiere su reemplazo por nuevas TEC que se generan a partir de TEC inmaduras que se dividen rápidamente. Hemos demostrado que el alto recambio se acelera durante el envejecimiento, lo que explica por qué el timo se encoge y pierde la capacidad de producir nuevas células T. Además, hemos demostrado que la alta tasa de renovación de TEC en el envejecimiento se debe a la acción de dos genes, NFB y HNF4, que se activan en respuesta a la inflamación y la grasa, respectivamente. Por lo tanto, nuestra investigación ha podido vincular causalmente dos procesos patológicos comunes, la inflamación y la obesidad, con el envejecimiento del timo. Nuestros esfuerzos iniciales fueron generar nuevas TEC a partir de células madre embrionarias (ESC). Estos esfuerzos utilizaron un sistema complejo en el que se introdujo en ESC un gen llamado Tbx1 necesario para la formación de TEC. Este sistema estaba marcado por una gran variabilidad: diferentes cultivos contendrían diferentes cantidades de células similares a TEC, desde casi ninguna hasta una mayoría, y la capacidad de apoyar de manera sólida el desarrollo de nuevas células T después del trasplante también era inconsistente. La incapacidad de generar TEC de manera consistente fue a la vez un límite práctico para el enfoque de estudios preclínicos y un problema anticipado en el desarrollo adicional de este enfoque para la terapia clínica con células madre. Debido a la irreproducibilidad del enfoque basado en la generación de nuevas TEC a partir de ESC, exploramos un enfoque alternativo basado en el aislamiento de células madre TEC adultas del timo. Para muchos, si no para todos los órganos, existen poblaciones de células madre adultas que pueden contribuir a la formación de las células de ese órgano. La existencia de células madre TEC se puede inferir de las altas tasas de renovación de TEC, que sólo pueden explicarse por la existencia de una población de células madre TEC adultas que puede generar continuamente nuevas TEC para reemplazar a las que están muriendo. Esto es análogo a los sistemas que mantienen otros tipos de células epiteliales como las de la piel y el revestimiento del intestino. La ventaja potencial de utilizar células madre TEC adultas es que no requerirían la reprogramación necesaria para convertir ESC en TEC. Estudios anteriores habían demostrado que había TEC inmaduros en el timo fetal que podrían regenerar un nuevo timo tras el trasplante. Sin embargo, se requirieron grandes cantidades de estas células TEC fetales para el trasplante, lo que sugiere que no se trataba de una población pura de células madre TEC. Además, los esfuerzos anteriores para aislar células madre TEC del timo adulto no han tenido éxito. Utilizamos un sistema novedoso para identificar células madre TEC adultas, que se basa en la vía de señalización Wnt, que es importante para la mayoría de las células madre y su desarrollo. Se sabe que las proteínas Wnt son importantes para la formación de TEC. En los ratones genéticamente modificados que utilizamos, las TEC que respondían a señales Wnt en cualquier momento podían cambiar mediante una breve exposición a un fármaco hormonal para que no expresaran una proteína que los hacía fluorescentes de color rojo a expresar una proteína fluorescente diferente que era verde. Cuando cambiamos las células que respondían a Wnt en ratones jóvenes o adultos de fluorescencia roja a verde, descubrimos que una cantidad muy pequeña de TEC eran verdes mientras que la gran mayoría de TEC permanecía roja. Esto es consistente con que la mayoría de las TEC no responden a Wnt y las raras células que responden a Wnt son células madre de TEC. Los análisis de ratones durante hasta un año después del cambio mostraron que grupos de TEC verde reemplazaron al TEC rojo, lo que coincide con el hecho de que el TEC verde deriva de una sola célula madre de TEC adulta que se había cambiado antes en la vida y luego se había desarrollado en un grupo de células madre maduras. TEC. El trasplante de tan solo 60 células verdes que responden a Wnt en ratones que carecían de timo regenera un timo nuevo y robusto y un sistema inmunológico en el receptor. Hasta donde sabemos, este es el nivel más alto de purificación de cualquier célula madre TEC y la primera demostración de que las células madre TEC existen en el timo adulto. Hemos identificado nuevos marcadores que pueden usarse para aislar células madre TEC de cualquier cepa de ratones y potencialmente de humanos. Hemos aislado un número suficiente de células para comprobar si el sistema inmunológico de un ratón con una enfermedad autoinmune que modela la EM puede reprogramarse mediante un trasplante de células madre TEC.