Mejora de la curación mediante la activación mediada por la proteína Wnt de células madre endógenas

En el primer año de financiación del CIRM, nuestros objetivos fueron optimizar la actividad de la proteína Wnt para su uso en el cuerpo y luego probar, en una variedad de modelos de lesiones, los efectos de esta forma de Wnt empaquetada en lípidos. Hemos logrado avances considerables en ambos frentes. Por ejemplo, en los grupos de Roel Nusse y Jill Helms, hemos podido generar grandes cantidades de la proteína Wnt3a en forma de ratón y empaquetarla en vesículas liposomales, que luego pueden ser utilizadas por todos los investigadores en sus estudios de lesiones y reparación. Además, Roel Nusse logró generar la proteína Wnt3a humana. Este es un logro importante ya que nuestro objetivo final es desarrollar esta herramienta de medicina regenerativa para su uso en humanos. En el laboratorio de Jill Helms logramos avances constantes en la estandarización de la actividad de la formulación liposomal Wnt3a, y esto es de vital importancia para todos los estudios posteriores que compararán la eficacia de este tratamiento en múltiples escenarios de reparación de lesiones. Cada grupo comenzó a probar los efectos del tratamiento liposomal con Wnt3a para su aplicación particular. Por ejemplo, en el grupo de Theo Palmer, los investigadores probaron cómo el Wnt3a liposomal afectaba a las células del cerebro después de un derrame cerebral. Anteriormente descubrimos que Wnt3A promueve el crecimiento de células madre neurales en una placa de Petri y ahora estamos tratando de determinar si la administración de Wnt3A puede mejorar la actividad de las células madre endógenas en el cerebro y mejorar el nivel de recuperación después de un accidente cerebrovascular. La investigación del primer año examinó la toxicidad de una formulación de liposomas utilizada para administrar Wnt3a y descubrimos que era bien tolerada después de su inyección en el cerebro de ratones. También encontramos que el Wnt3a liposomal puede promover la producción de nuevas neuronas después de un accidente cerebrovascular. La investigación en curso implica experimentos para determinar si estos cambios en la actividad de las células madre van acompañados de una mejor función neurológica. En el grupo de Jill Helms, los investigadores probaron cómo el Wnt3a liposomal afectaba a las células en el sitio de una lesión ósea. Este año hicimos un descubrimiento importante al demostrar que el Wnt3a liposomal estimula la proliferación de células progenitoras esqueléticas y acelera su diferenciación en osteoblastos (publicado en Science Translational Medicine 2010). También comenzamos a probar Wnt3a liposomal por cuestiones de seguridad y toxicidad, los cuales son requisitos previos importantes para el uso de Wnt3a liposomal en humanos. Después de un ataque cardíaco (es decir, infarto de miocardio), encontramos que la señalización Wnt endógena alcanza su punto máximo entre los días 5 y 7 posteriores al infarto. También descubrimos que pequeños agregados de células cardíacas llamados cardioesferas responden a Wnt en función de la dosis. En heridas cutáneas, probamos el efecto de aumentar la señalización Wnt durante la cicatrización de heridas cutáneas. Descubrimos que la inyección de liposomas Wnt en las heridas mejoraba la regeneración de los folículos pilosos, que de otro modo no se regenerarían y dejarían una cicatriz. Actualmente se están midiendo la velocidad y la fuerza del cierre de la herida. En conjunto, nuestro trabajo en este proyecto continúa avanzando con una serie de grandes éxitos y datos alentadores que respaldan nuestra hipótesis de que aumentar la señalización de Wnt después de una lesión tisular proporcionará efectos beneficiosos.

En el segundo año de financiación del CIRM, nuestros objetivos fueron optimizar el empaquetado del candidato en desarrollo, la proteína Wnt3a, y luego continuar probando su eficacia para mejorar la curación de los tejidos. Seguimos logrando avances considerables en los objetivos establecidos. En el laboratorio de Roel Nusse, la proteína humana Wnt3a se está produciendo ahora utilizando una línea celular aprobada por la FDA, y en el laboratorio de Jill Helms, la proteína se empaqueta de manera efectiva en partículas de lípidos que retrasan la degradación de la proteína cuando se introduce en el cuerpo. Cada grupo ha seguido probando los efectos del tratamiento liposomal con Wnt3a para su aplicación particular. En el grupo de Theo Palmer hemos estudiado cómo afecta el Wnt3a liposomal a la neurogénesis tras un ictus. Ahora sabemos que el Wnt3a liposomal estimula transitoriamente la proliferación de células progenitoras neurales. Sin embargo, no vemos ninguna mejora funcional después del accidente cerebrovascular, que es nuestro objetivo principal. En el grupo de Jill Helms ahora hemos demostrado que el Wnt3a liposomal mejora la curación de fracturas y la osteointegración de implantes dentales y ortopédicos y ahora demostramos que el Wnt3a liposomal también puede mejorar la capacidad de formación de hueso de los injertos de médula ósea, especialmente cuando se toman de personas mayores. animales. También hemos probado la capacidad del Wnt3a liposomal para mejorar la función cardíaca después de un ataque cardíaco (es decir, infarto de miocardio). Pequeños agregados de células progenitoras cardíacas llamadas cardioesferas proliferan en Wnt3a en respuesta a la dosis, y vemos una mejora inicial en la función cardíaca después del tratamiento de células con Wnt3a liposomal. Sin embargo, las mejoras a largo plazo no son significativas y este sigue siendo nuestro objetivo final. En heridas cutáneas, probamos el efecto de potenciar la señalización Wnt durante la cicatrización de heridas. Descubrimos que la inyección de Wnt3a liposomal en las heridas mejoraba la regeneración de los folículos pilosos, que de otro modo no se regenerarían y dejarían una cicatriz. La velocidad de cierre de la herida también aumenta en las regiones de la piel donde hay folículos pilosos. En conjunto, nuestro trabajo continúa avanzando con una serie de éxitos críticos y datos alentadores que respaldan nuestra hipótesis de que aumentar la señalización de Wnt después de una lesión tisular proporcionará efectos beneficiosos.

Cada tejido adulto alberga células madre. Algunos tejidos, como la médula ósea y la piel, tienen más células madre adultas y otros tejidos, como los músculos o el cerebro, tienen menos. Cuando se daña un tejido, estas células madre se dividen y multiplican, pero sólo de forma limitada. Al final, la capacidad de un tejido para repararse a sí mismo parece depender de cuántas células madre residen en un tejido en particular y del estado de esas células madre. Por ejemplo, el estrés, las enfermedades y el envejecimiento disminuyen la capacidad de las células madre adultas para responder a las lesiones, lo que a su vez dificulta la curación de los tejidos. Uno de los grandes desafíos aún no cumplidos para la medicina regenerativa es idear formas de aumentar la cantidad de estas células madre "endógenas" y reactivar su capacidad de autorrenovarse y proliferar. La base científica de nuestro trabajo se basa en nuestra demostración de que un factor de crecimiento de células madre natural, Wnt3a, puede empaquetarse y administrarse de tal manera que estimule vigorosamente las células madre dentro de un tejido lesionado para que se dividan y se renueven. Esto, a su vez, conduce a una curación de tejidos sin precedentes en una amplia gama de lesiones óseas, especialmente en animales de edad avanzada. A medida que la población de California envejece, el costo del tratamiento de este tipo de lesiones esqueléticas en los ancianos se disparará. Por lo tanto, nuestro trabajo aborda un desafío presente y continuo para la atención médica de la mayoría de los californianos y del mundo, y lo hacemos imitando la respuesta natural del cuerpo a las lesiones y la reparación. Hasta donde sabemos, no existe ninguna tecnología que muestre tanta efectividad o que tenga tal potencial para el tratamiento de lesiones esqueléticas basado en células madre, como lo hace una estrategia L-Wnt3a. Debido a que este enfoque activa directamente las células madre del propio cuerpo, evita muchos de los peligros asociados con la introducción de células madre extrañas o células madre autólogas reprogramadas viralmente en el cuerpo humano. En resumen, nuestros datos muestran que L-Wnt3a constituye un enfoque terapéutico viable para el tratamiento de lesiones esqueléticas, especialmente aquellas en individuos con potencial de curación disminuido.

Este informe de progreso cubre el período comprendido entre el 01 de septiembre de 2012 y el 31 de agosto de 2013, y resume el trabajo realizado bajo el financiamiento ET TR1-01249. En virtud de este premio, desarrollamos una plataforma basada en la proteína Wnt para activar las células madre del propio paciente con el fin de regenerar tejidos. Al comienzo de nuestro período de subvención generamos proteína WNT3A humana de grado de investigación en cantidades suficientes para todos nuestros experimentos de descubrimiento. Luego probamos la capacidad de esta proteína terapéutica WNT para mejorar la respuesta curativa en modelos animales de accidente cerebrovascular, ataque cardíaco, heridas cutáneas y fracturas óseas. Estos modelos experimentales recapitularon algunas de las enfermedades humanas más prevalentes y debilitantes que, en conjunto, afectan a millones de californianos. Al final del año 2, reunimos un panel de revisión externo para seleccionar la indicación clínica prometedora. El consejo asesor científico eligió por unanimidad la reparación esquelética como indicación principal. La proteína WNT es muy difícil de purificar; en consecuencia, en el año 3 desarrollamos nuevos métodos para agilizar la purificación de las proteínas WNT y el empaquetamiento de la proteína WNT en vesículas liposomales que estabilizaron la proteína para su uso in vivo. En los años 3 y 4 continuamos acumulando evidencia científica sólida en modelos animales grandes y pequeños de que una proteína terapéutica WNT acelera la regeneración ósea en seudoartrosis óseas de tamaño crítico, en fracturas y en casos de osteointegración de implantes. En este último año de financiación, aclaramos y caracterizamos el mecanismo de acción de la proteína WNT, demostrando que activa las células madre endógenas, lo que a su vez conduce a una curación más rápida de una variedad de defectos esqueléticos diferentes. En el último año, también identificamos un rango de dosis terapéuticas para la proteína WNT y desarrollamos una ruta y un método de administración que fue simultáneamente efectivo y, sin embargo, limitó la exposición del cuerpo a este potente factor de células madre. Iniciamos estudios de seguridad preliminares para identificar riesgos potenciales y comparamos los efectos del tratamiento con WNT con otros factores de crecimiento óseo disponibles comercialmente. En resumen, logramos que nuestro candidato traslacional inicial pasara de los estudios exploratorios a la validación, y ahora estamos listos para ingresar a la fase de desarrollo de candidatos terapéuticos que habilita la IND.

Este informe de progreso cubre el período comprendido entre el 01 de septiembre de 2013 y el 30 de abril de 2014, y resume el trabajo realizado bajo el financiamiento ET TR101249. En virtud de este premio, desarrollamos una plataforma basada en la proteína Wnt para activar las células madre del propio paciente con fines de regeneración de tejidos. Al comienzo de nuestro período de subvención generamos proteína WNT3A humana de grado de investigación en cantidades suficientes para todos nuestros experimentos de descubrimiento. Luego probamos la capacidad de esta proteína terapéutica WNT para mejorar la respuesta curativa en modelos animales de accidente cerebrovascular, ataque cardíaco, heridas cutáneas y fracturas óseas. Estos modelos experimentales recapitularon algunas de las enfermedades humanas más prevalentes y debilitantes que, en conjunto, afectan a millones de californianos. Al finalizar el Año 2, se reunió un panel de revisión externo y se le encargó la selección de una única indicación principal para su posterior desarrollo. El consejo asesor científico seleccionó por unanimidad la reparación esquelética como indicación principal. En el año 3 acumulamos evidencia científica adicional, utilizando modelos animales grandes y pequeños, demostrando que una terapia con proteína WNT aceleraba la curación ósea. Además, desarrollamos nuevos métodos para agilizar la purificación de proteínas WNT y mejoramos nuestro método de empaquetamiento de la proteína WNT en vesículas liposomales (p. ej., L-WNT3A) para uso in vivo. En el año 4 aclaramos el mecanismo de acción de L-WNT3A, demostrando que activa las células madre endógenas y, por lo tanto, acelera la curación ósea. También continuamos nuestros estudios de desarrollo, identificando un rango de dosis terapéutica para L-WNT3A, así como una ruta y método de administración que sea efectivo y seguro. Iniciamos estudios de seguridad preliminares para identificar riesgos potenciales y comparamos los efectos de L-WNT3A con otros factores de crecimiento óseo disponibles comercialmente. En el año 5 iniciamos dos nuevos estudios preclínicos destinados a demostrar la actividad modificadora de la enfermedad de L-WNT3A en la fusión espinal y la osteonecrosis. Estas dos nuevas indicaciones fueron elegidas por un panel de revisión de CIRM porque representan una necesidad insatisfecha en California y la nación. También iniciamos el desarrollo de un proceso de formulación y fabricación escalable para la proteína WNT3A y la formulación L-WNT3A. El panel de revisión del CIRM enfatizó que estos dos hitos representan desafíos importantes para la comercialización de L-WNT3A; en consecuencia, el logro de estos hitos es un criterio fundamental mediante el cual se puede evaluar el progreso hacia una presentación IND.

Con respecto al objetivo 1, empleamos modelos animales establecidos de fusión espinal y osteonecrosis para demostrar la actividad mitigadora de enfermedades de nuestro candidato de desarrollo, autoinjertoWNT. Con respecto al objetivo 2, el mecanismo de acción de L-WNT3A se ha demostrado en estudios de farmacología ex vivo, no GLP. Con respecto al objetivo 3, hemos completado la caracterización de la sustancia no GLP, el fármaco WNT3A, y del fármaco, L-WNT3A. Se han desarrollado métodos para la producción reproducible y escalable con grado de investigación de la sustancia farmacológica WNT3A y el producto farmacéutico L-WNT3A (consulte los detalles a continuación). Se ha logrado un proceso libre de suero.