Resumen del progreso de la investigación: Nuestra investigación tiene como objetivo identificar las condiciones de cultivo óptimas y las mejores líneas de hESC para la derivación de células del linaje nervioso en el trasplante de células terapéuticas. Con este objetivo, proponemos comparar el comportamiento de la diferenciación de las células nerviosas en múltiples líneas de hESC en un entorno de laboratorio. Caracterizaremos aún más los cambios moleculares durante la diferenciación celular dirigida e identificaremos las células que exhiben un patrón de modificación del ADN, es decir, la metilación del ADN, similar a las células neuronales primarias del cerebro humano. En el caso de la hipermetilación del ADN, se aplicará tratamiento farmacológico y manipulación genética para corregir los defectos de metilación mediante el bloqueo de las enzimas implicadas en la metilación del ADN. Finalmente, se utilizará el trasplante de células en un modelo de accidente cerebrovascular en ratón para estudiar los mecanismos y la eficacia de diferentes tipos de células neurales derivadas de hESC en la reparación neural. El año pasado, logramos avances en guiar varias líneas de células madre humanas hacia las células nerviosas. Ahora estamos listos para comparar las propiedades de diferentes líneas de células nerviosas, como la eficiencia de la diferenciación de las células nerviosas y la producción preferencial de células nerviosas específicas en cultivo. También comenzamos a producir y caracterizar un nuevo tipo de células madre humanas, las células pluripotentes inducidas que se obtienen convirtiendo células somáticas en células madre mediante reprogramación. También probamos el patrón de metilación del ADN en diferentes líneas de células madre humanas. Al diseñar células madre que llevan diferentes niveles de metilación, nuestro objetivo es encontrar los niveles óptimos de metilación del ADN para una diferenciación eficiente de las células nerviosas. Finalmente, también logramos excelentes avances en el procedimiento de trasplante de células. Hemos encontrado un sustrato adecuado que puede usarse para mejorar la supervivencia neuronal después del trasplante de células y esperamos publicar un artículo de investigación sobre este nuevo método de trasplante de células.

Período de información:

Los estudiantes de Year 3

Resumen del progreso de la investigación: Nuestra investigación tiene como objetivo identificar las condiciones de cultivo óptimas y las mejores líneas de hESC para la derivación de células del linaje nervioso en el trasplante de células terapéuticas. Con este objetivo, proponemos comparar el comportamiento de la diferenciación de las células nerviosas en múltiples líneas de hESC en un entorno de laboratorio. Caracterizaremos aún más los cambios moleculares durante la diferenciación celular dirigida e identificaremos las células que exhiben un patrón de modificación del ADN, es decir, la metilación del ADN, similar a las células neuronales primarias del cerebro humano. En el caso de la hipermetilación del ADN, se aplicará tratamiento farmacológico y manipulación genética para corregir los defectos de metilación mediante el bloqueo de las enzimas implicadas en la metilación del ADN. Finalmente, se utilizará el trasplante de células en un modelo de accidente cerebrovascular en ratón para estudiar los mecanismos y la eficacia de diferentes tipos de células neurales derivadas de hESC en la reparación neural. El año pasado, logramos grandes avances en la conversión de varias líneas de células madre humanas en células nerviosas. Hemos comparado las propiedades de diferentes líneas de células nerviosas, como la eficiencia de la diferenciación de las células nerviosas y la producción preferencial de células nerviosas específicas en cultivo. También comenzamos a producir y caracterizar un nuevo tipo de células madre humanas, las células pluripotentes inducidas que se obtienen convirtiendo células somáticas en células madre mediante reprogramación. También probamos el patrón de metilación del ADN en diferentes líneas de células madre humanas. Al diseñar células madre que llevan diferentes niveles de metilación, nuestro objetivo es encontrar los niveles óptimos de metilación del ADN para una diferenciación eficiente de las células nerviosas. Finalmente, también logramos excelentes avances en el procedimiento de trasplante de células. Hemos encontrado un sustrato adecuado que puede usarse para mejorar la supervivencia neuronal después del trasplante de células y esperamos publicar un artículo de investigación sobre este nuevo método de trasplante de células.

Período de información:

Los estudiantes de Year 4

Nuestra investigación tiene como objetivo identificar las condiciones de cultivo óptimas y las mejores líneas de hESC para la derivación de células del linaje nervioso en el trasplante de células terapéuticas. Con este objetivo, proponemos comparar el comportamiento de la diferenciación de las células nerviosas en múltiples líneas de hESC en un entorno de laboratorio. Caracterizaremos aún más los cambios moleculares durante la diferenciación celular dirigida e identificaremos las células que exhiben un patrón de modificación del ADN, es decir, la metilación del ADN, similar a las células neuronales primarias del cerebro humano. En el caso de la hipermetilación del ADN, se aplicará tratamiento farmacológico y manipulación genética para corregir los defectos de metilación mediante el bloqueo de las enzimas implicadas en la metilación del ADN. Finalmente, se utilizará el trasplante de células en un modelo de accidente cerebrovascular en ratón para estudiar los mecanismos y la eficacia de diferentes tipos de células neurales derivadas de hESC en la reparación neural. El año pasado, logramos grandes avances en la conversión de varias líneas de células madre humanas en células nerviosas. Hemos comparado las propiedades de diferentes líneas de células nerviosas, como la eficiencia de la diferenciación de las células nerviosas y la producción preferencial de células nerviosas específicas en cultivo. También logramos crear un nuevo tipo de células madre humanas: células pluripotentes inducidas que se obtienen convirtiendo células somáticas en células madre mediante reprogramación. Hemos probado el patrón de metilación del ADN en diferentes líneas de células madre humanas, incluidas líneas celulares mutantes de pacientes que presentan defectos en la metilación del ADN. Finalmente, también logramos excelentes avances en el procedimiento de trasplante de células y caracterizamos la expresión genética y los cambios epigenéticos en células nerviosas trasplantadas a partir de células madre embrionarias humanas. Nuestros estudios nos permiten optimizar los métodos de diferenciación y trasplante de células neurales. Planeamos publicar dos artículos de investigación adicionales en un futuro próximo.

Detalles de la solicitud de subvención

Titulo de la aplicación:

Regulación de genes epigenéticos durante la diferenciación de células madre embrionarias humanas: impacto en la reparación neuronal

Resumen público:

Las células madre embrionarias humanas (hESC) tienen el potencial de convertirse en todo tipo de células del cuerpo humano, incluidas las células nerviosas. Además, las hESC se pueden expandir en placas de cultivo en grandes cantidades, lo que sirve como una fuente ideal para el trasplante de células en uso clínico. Sin embargo, las líneas hESC existentes no están completamente caracterizadas en términos de su potencial para convertirse en tipos de células específicas, como las células nerviosas. Tampoco está claro si las células nerviosas que se derivan de las hESC son totalmente normales cuando se prueban en experimentos de trasplante de células. Uno de los objetivos de nuestra propuesta es comparar la calidad y el potencial de ocho líneas de hESC en su capacidad para convertirse en células nerviosas. Para medir si las células nerviosas que se derivan de hESC son normales en comparación con las células nerviosas de seres humanos normales, examinaremos los niveles de expresión genética y los mecanismos que controlan la expresión genética en las células nerviosas derivadas de hESC. Específicamente, examinaremos el patrón de modificación del ADN, es decir, la metilación del ADN, en el ADN de las células nerviosas. Esta modificación del ADN está implicada en la inhibición de la expresión genética. Se sabe que si el patrón de metilación del ADN es anormal, puede provocar enfermedades humanas, como cáncer y trastornos de retraso mental. Utilizaremos una tecnología de microarrays de ADN para identificar el patrón de metilación del ADN en las regiones críticas donde se controla la expresión genética. Nuestros resultados recientes sugieren que se observa una mayor metilación del ADN en las células nerviosas derivadas de hESC. En esta propuesta, también probaremos si podemos equilibrar el nivel de metilación del ADN mediante el tratamiento farmacológico de las enzimas responsables de la metilación del ADN. Finalmente, probaremos si las células nerviosas derivadas de hESC pueden reparar el cerebro después de una lesión. Se utilizará un modelo de accidente cerebrovascular de ratón para probar los mecanismos de reparación y recuperación mediada por células madre en el cerebro lesionado y para seleccionar las mejores células nerviosas para el trasplante de células. Nuestro estudio allanará el camino para el uso futuro de células nerviosas derivadas de hESC en el tratamiento clínico de lesiones nerviosas y enfermedades neurodegenerativas como el accidente cerebrovascular y la enfermedad de Parkinson.

Declaración de beneficio para California:

Las enfermedades neurodegenerativas como el accidente cerebrovascular son la principal causa de discapacidad en adultos. El accidente cerebrovascular produce un área de daño en el cerebro que frecuentemente causa la pérdida de funciones cerebrales cruciales, como el control sensorial y del movimiento, las habilidades del lenguaje y la capacidad cognitiva. El trasplante de células madre ha surgido como un método que puede mejorar la recuperación en estas áreas del cerebro. Los estudios sobre el trasplante de células madre después de un accidente cerebrovascular han sido limitados porque muchas de las células trasplantadas no sobreviven, no se han identificado las regiones apropiadas para el trasplante y no se han determinado los mecanismos por los cuales las células madre trasplantadas mejoran la recuperación. Además, no se han realizado estudios sobre el trasplante de células madre de embriones humanos después de un accidente cerebrovascular. Para el uso de la terapia con células madre en pacientes con accidente cerebrovascular, se deben cultivar líneas de células madre de embriones humanos y probar su eficacia en la reparación del cerebro después de un accidente cerebrovascular. Recientemente hemos descubierto que el proceso de cultivo de células madre embrionarias humanas en cultivo introduce modificaciones genéticas en algunas de estas líneas celulares que pueden disminuir la supervivencia de las células en el cerebro y afectar su capacidad para reparar el cerebro lesionado. Los experimentos de esta subvención determinarán qué líneas de células madre embrionarias humanas no sufren esta modificación genética negativa. Luego, se probarán sistemáticamente las líneas óptimas de células madre embrionarias humanas para determinar la ubicación en el cerebro del accidente cerebrovascular que produce la supervivencia y la integración, y los mecanismos de reparación que median estas células en el cerebro después del accidente cerebrovascular. Estos estudios probarán específicamente el papel de las células madre embrionarias humanas en la mejora de las funciones sensoriales y de movimiento después de un accidente cerebrovascular. En resumen, estos estudios establecerán protocolos para el crecimiento adecuado de líneas de células madre embrionarias humanas, las líneas que son más efectivas para reparar el cerebro después de un accidente cerebrovascular y los principios detrás de cómo las células madre embrionarias humanas reparan el cerebro. Estos resultados son aplicables a otros tipos de enfermedades neurodegenerativas, como las enfermedades de Parkinson, Alzheimer y Huntington, y al crecimiento y cultivo de células madre embrionarias humanas en general para la reparación de enfermedades de otros tejidos humanos.

Publicaciones

Epigenética (2009): Regulación epigenética de la inactivación de X en células madre embrionarias humanas. (PubMed: 19106643)
Desarrollo de células madre (2011): Los módulos funcionales distinguen las células madre pluripotentes inducidas por humanos de las células madre embrionarias. (PubMed: 21542696)
Reparación Neural Neurorrehabilitación (2010): Matriz de hidrogel para favorecer la supervivencia de las células madre después de un trasplante de cerebro en un accidente cerebrovascular. (PubMed: 20424193)
Más uno (2012): Identificación de firmas de miARN durante la diferenciación de hESC en células epiteliales pigmentarias de la retina. (PubMed: 22848339)
Hum Mol Genet (2010): Firma molecular del epitelio pigmentario primario de la retina y células del EPR derivadas de células madre. (PubMed: 20709808)
Célula madre celular (2008): La metilación del promotor CpG contribuye a la regulación del gen de las células ES en paralelo con la trimetilación de Oct4/Nanog, el complejo PcG y la histona H3 K4/K27. (PubMed: 18371437)
Más uno (2010): Se producen variaciones en la inactivación del cromosoma X en los primeros pases de células madre embrionarias humanas femeninas. (PubMed: 20593031)
Proc Natl Acad Sci EE. UU. (2008): La inactivación de X en células madre embrionarias humanas femeninas sigue un patrón no aleatorio y es propensa a alteraciones epigenéticas. (PubMed: 18339804)