Las enfermedades cardiovasculares son una preocupación importante para la medicina y son causadas por daños a los vasos sanguíneos. Hemos iniciado un proyecto para generar células endoteliales, las células que recubren los vasos sanguíneos, a partir de células madre embrionarias humanas (hESC) utilizando tecnología de transferencia de genes y expresión génica regulada.
Se sabe poco sobre las primeras etapas de la diferenciación endotelial de los vasos sanguíneos del embrión humano. Es imperativo que comprendamos el desarrollo normal para poder imitarlo en el laboratorio. Hemos utilizado hESC para modelar el desarrollo embrionario y determinar el patrón de expresión génica en las primeras etapas de diferenciación. Utilizando como modelo lo que se sabe sobre el desarrollo embrionario del ratón, hemos determinado que la expresión genética en la diferenciación de células humanas sigue de cerca la de las células de ratón en diferenciación. En particular, hemos determinado el momento del patrón de expresión de un gen necesario para la generación de células endoteliales. Este conocimiento nos permitirá inducir la expresión de este gen en el momento adecuado durante la diferenciación de las células en el laboratorio para aumentar la cantidad de células de vasos sanguíneos que podemos generar.
El momento de la expresión genética durante el desarrollo es extremadamente importante y un momento inadecuado puede provocar que las células no puedan responder a la señal generada por el gen o que no puedan avanzar más en el desarrollo. El factor necesario para el desarrollo de los vasos sanguíneos solo se requiere durante un corto período de tiempo y luego debe eliminarse del sistema para que las células progresen hasta convertirse en vasos sanguíneos maduros. Utilizando un vector viral para introducir los genes modificados en las células, estamos aprovechando un sistema que nos permite regular la expresión de un gen endotelial mediante la adición de un fármaco común a las células. Una vez que el fármaco se elimina del sistema, finaliza la expresión genética. Esto nos permite imitar el patrón del factor observado en el desarrollo normal de las células de los vasos sanguíneos.
Hemos establecido un método en el laboratorio para generar de manera confiable células endoteliales a partir de hESC no modificadas según métodos de estudios publicados previamente. Estas células generadas en laboratorio imitan las células endoteliales humanas en muchas pruebas, incluida la expresión genética y la expresión de proteínas de superficie. Además, hemos demostrado que la expresión del factor de transcripción necesario para el desarrollo de células endoteliales en hESC induce a las células a expresar otros genes asociados con el endotelio de los vasos sanguíneos. Estamos en el proceso de introducir el sistema viral en las hESC para que podamos inducir temporalmente el gen endotelial y aumentar la cantidad de células endoteliales que generamos usando nuestro método de diferenciación.
Para comprobar la capacidad de las células que hemos generado en el laboratorio para ayudar en la condición humana, hemos estado probando modelos de bloqueo cardiovascular en un ratón. Hasta ahora hemos probado modelos que imitan una obstrucción completa de la arteria coronaria en el corazón, una obstrucción completa en una arteria de la pierna y un modelo que prueba qué tan bien las células introducidas son capaces de integrarse en el sistema circulatorio del ratón. Se seguirán probando todos estos modelos para determinar cuál es el más eficaz para las células endoteliales que hemos generado.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
Las enfermedades cardiovasculares son una preocupación importante para la medicina y son causadas por daños a los vasos sanguíneos. Hemos iniciado un proyecto para generar células endoteliales, las células que recubren los vasos sanguíneos, a partir de células madre embrionarias humanas (hESC) utilizando tecnología de transferencia de genes y expresión génica regulada. Se sabe poco sobre las primeras etapas de la diferenciación endotelial de los vasos sanguíneos del embrión humano. Es imperativo que comprendamos el desarrollo normal para poder imitarlo en el laboratorio. Hemos utilizado hESC para modelar el desarrollo embrionario y determinar el patrón de expresión génica en las primeras etapas de diferenciación. Utilizando como modelo lo que se sabe sobre el desarrollo embrionario del ratón, hemos determinado que la expresión genética en la diferenciación de células humanas sigue de cerca la de las células de ratón en diferenciación. En particular, hemos determinado el momento del patrón de expresión de un gen necesario para la generación de células endoteliales. Este conocimiento nos permitirá inducir la expresión de este gen en el momento adecuado durante la diferenciación de las células en el laboratorio para aumentar la cantidad de células de vasos sanguíneos que podemos generar. Hemos establecido un método en el laboratorio para generar de manera confiable células endoteliales a partir de hESC no modificadas. El momento de la expresión genética durante el desarrollo es extremadamente importante y un momento inadecuado puede provocar que las células no puedan responder a la señal generada por el gen o que no puedan avanzar más en el desarrollo. Hemos descubierto que la introducción de un solo factor en las hESC diferenciadoras da como resultado tan solo dos o hasta seis veces más células endoteliales dependiendo del momento de la administración que en las células sin este factor agregado. Estas células se comportan de manera similar a las células generadas sin la adición del factor en todas las pruebas que hemos realizado en las células. Para probar la capacidad de las células que hemos generado en el laboratorio para ayudar en la condición humana, hemos estado probando modelos de ratón con retinopatía del prematuro (ROP). Los bebés prematuros a menudo son colocados en un ambiente con mucho oxígeno para ayudar con sus pulmones subdesarrollados. Si bien esto ayuda a su supervivencia, los altos niveles de pueden alterar los vasos de la retina y provocar ceguera. Estamos utilizando este modelo para probar la capacidad de las células endoteliales derivadas de hESC administradas para ayudar en la recuperación de los vasos retinianos de la exposición a un ambiente con alto contenido de oxígeno. Hasta ahora hemos descubierto que las células endoteliales derivadas de hESC con y sin la adición del factor único mencionado anteriormente dan como resultado una red de vasos mejorada en los ojos de los ratones probados.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
Las enfermedades cardiovasculares son una preocupación importante para la medicina y son causadas por daños a los vasos sanguíneos. Hemos iniciado un proyecto para generar células endoteliales, las células que recubren los vasos sanguíneos, a partir de células madre embrionarias humanas (hESC) utilizando tecnología de transferencia de genes y expresión génica regulada. Se sabe poco sobre las primeras etapas de la diferenciación endotelial de los vasos sanguíneos del embrión humano. Es imperativo que comprendamos el desarrollo normal para poder imitarlo en el laboratorio. Hemos utilizado hESC para modelar el desarrollo embrionario y determinar el patrón de expresión génica en las primeras etapas de diferenciación. Utilizando como modelo lo que se sabe sobre el desarrollo embrionario del ratón, hemos determinado que la expresión genética en la diferenciación de células humanas sigue de cerca la de las células de ratón en diferenciación. En particular, hemos determinado el momento del patrón de expresión de un gen necesario para la generación de células endoteliales. Este conocimiento nos permitirá inducir la expresión de este gen en el momento adecuado durante la diferenciación de las células en el laboratorio para aumentar la cantidad de células de vasos sanguíneos que podemos generar. Hemos establecido un método en el laboratorio para generar de manera confiable células endoteliales a partir de hESC no modificadas. El momento de la expresión genética durante el desarrollo es extremadamente importante y un momento inadecuado puede provocar que las células no puedan responder a la señal generada por el gen o que no puedan avanzar más en el desarrollo. Hemos descubierto que la introducción de un único factor en las hESC diferenciadoras da como resultado tan solo dos o hasta 20 veces más células endoteliales dependiendo del momento de la administración que en las células sin este factor agregado. En estudios con animales vivos realizados por otros grupos, se demostró que la expresión de este gen después del tiempo de expresión normal tiene poco efecto en el animal. En las células madre embrionarias humanas, encontramos que se observa el mismo efecto cuando el gen se administra en el pico de expresión o hasta 7 días después del pico de expresión. Todos nuestros métodos hasta ahora han utilizado una técnica que altera la composición genética de las células que estamos probando. Ahora estamos explorando métodos que no alteren los genes de las células que podrían usarse para generar células que podrían administrarse a los pacientes.
Período de información:
NCE (Año 4)
Las enfermedades cardiovasculares son una preocupación importante para la medicina y son causadas por daños a los vasos sanguíneos. Hemos llevado a cabo un proyecto para generar células endoteliales, las células que recubren los vasos sanguíneos, a partir de células madre embrionarias humanas (hESC) utilizando tecnología de transferencia de genes y expresión génica regulada. Se sabe poco sobre las primeras etapas de la diferenciación endotelial de los vasos sanguíneos del embrión humano. Es imperativo que comprendamos el desarrollo normal para poder imitarlo en el laboratorio. Hemos utilizado hESC para modelar el desarrollo embrionario y determinar el patrón de expresión génica en las primeras etapas de diferenciación. Utilizando como modelo lo que se sabe sobre el desarrollo embrionario del ratón, hemos determinado que la expresión genética en la diferenciación de células humanas sigue de cerca la de las células de ratón en diferenciación. En particular, hemos determinado el momento del patrón de expresión de un gen necesario para la generación de células endoteliales. Este conocimiento nos permitió inducir la expresión de este gen en el momento adecuado durante la diferenciación de las células en el laboratorio para aumentar la cantidad de células de vasos sanguíneos que podemos generar. Hemos establecido un método en el laboratorio para generar de manera confiable células endoteliales a partir de hESC no modificadas. El momento de la expresión genética durante el desarrollo es extremadamente importante y un momento inadecuado puede provocar que las células no puedan responder a la señal generada por el gen o que no puedan avanzar más en el desarrollo. Hemos descubierto que la introducción de un único factor denominado ETV2 en las hESC diferenciadoras da como resultado un aumento significativo de la producción de células endoteliales a partir de células madre embrionarias humanas. Para probar la capacidad de las células que hemos generado en el laboratorio para ayudar en la condición humana, hemos estado probando modelos de isquemia cardíaca en ratones. Esperamos que estos estudios conduzcan en última instancia a la terapia de las enfermedades cardiovasculares utilizando células vasculares de los pacientes generadas mediante diferenciación mediada por ETV2.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Etsrp/ER71 mediaba la diferenciación de células madre en linaje vascular
Resumen público:
Las células madre embrionarias humanas (hESC) tienen el potencial de diferenciarse en todos los tipos de células que componen el cuerpo. Por tanto, las hESC son herramientas prometedoras para el tratamiento de enfermedades degenerativas y para su uso en medicina regenerativa. Un uso muy deseable de las hESC es el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. Las enfermedades cardiovasculares son una de las principales causas de mortalidad y morbilidad en el estado y el país. La enfermedad cardiovascular es causada por daño a los vasos sanguíneos y la capacidad de reparar este daño mejorará los resultados de la enfermedad. Sin embargo, falta la capacidad de diferenciar eficientemente las hESC en linajes cardiovasculares para generar una gran cantidad de células en una escala terapéuticamente relevante. El objetivo de este proyecto es desarrollar un protocolo para la diferenciación de hESC en células endoteliales vasculares para el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. Inicialmente estudiaremos la expresión de genes de células precursoras vasculares durante la formación del cuerpo embrioide a partir de hESC. Luego, utilizando tecnología de transferencia de genes y expresión génica regulable de factores de transcripción que inducen el linaje de células vasculares, "sintonizaremos" las hESC tratadas para optimizar la derivación de células endoteliales. Luego usaremos estas células en un modelo preclínico de daño cardíaco isquémico en ratones para probar su capacidad para integrarse en el tejido dañado y restaurar la función circulatoria. Además, utilizaremos estas células para estudiar los mecanismos moleculares de diferenciación de las células endoteliales. Estos estudios aumentarán nuestro conocimiento sobre la biología de las hESC, el desarrollo de células endoteliales y sugerirán métodos para el uso terapéutico de las hESC.
Declaración de beneficio para California:
Las enfermedades cardiovasculares, incluidas las enfermedades cardíacas, la insuficiencia cardíaca y los accidentes cerebrovasculares, son la principal causa de muerte en el estado de California. Además, los pacientes que padecen estas afecciones tienen una calidad de vida disminuida y representan una carga financiera y emocional significativa tanto para sus familias como para el estado en general. Los tratamientos novedosos para bloquear o revertir la progresión de la enfermedad cardiovascular beneficiarán físicamente al paciente y emocionalmente al cuidador y aliviarán la carga financiera de todos. Recientemente, se ha propuesto el uso de células madre humanas como tratamiento terapéutico para las enfermedades cardiovasculares. La adición de estas células al tejido lesionado tiene el potencial de prevenir la pérdida de más tejido y regenerar el tejido perdido. Sin embargo, antes de que dichos tratamientos estén disponibles, se debe comprender la biología básica de estas células para maximizar la eficiencia del tratamiento y prevenir efectos secundarios no deseados. Hemos identificado un gen crítico en el desarrollo de células precursoras de vasos sanguíneos y proponemos utilizarlo para optimizar la generación de células de vasos sanguíneos a partir de células madre embrionarias humanas. Además, examinaremos cuidadosamente los eventos moleculares que subyacen a la transición de células madre a precursores de vasos sanguíneos. El conocimiento potencial obtenido de estos estudios tiene implicaciones para controlar el crecimiento excesivo de los vasos sanguíneos en enfermedades como el cáncer y la retinopatía diabética, así como la disfunción de los vasos sanguíneos en enfermedades como las enfermedades cardiovasculares y las arteriopatías periféricas. Estos hallazgos beneficiarán el campo de la investigación de células madre y la biología básica del desarrollo con futuras direcciones de investigación basadas en estos resultados. Además de las aplicaciones clínicas y científicas de estos estudios, los jóvenes científicos que se capacitan en el laboratorio proporcionarán la base para futuras investigaciones en el ámbito académico o industrial en California. El éxito de este proyecto mejorará la ya estelar reputación del estado de California como líder en el campo de las células madre.
