Un objetivo importante de la investigación con células madre es generar varios tipos de células humanas funcionales para promover la reparación o el reemplazo en caso de lesiones o enfermedades. Nuestro laboratorio estudia la reparación del sistema nervioso central después de una lesión como una lesión de la médula espinal. Hemos estado utilizando una línea de reportero fluorescente que desarrollamos con financiación del CIRM para enriquecer y caracterizar las neuronas motoras corticoespinales humanas, una población neuronal que se daña o se pierde en una lesión de la médula espinal y en la esclerosis lateral amiotrófica (ELA o enfermedad de Lou Gehrig). Estas neuronas controlan el movimiento voluntario especializado en los seres humanos, cuya pérdida o daño provoca parálisis y discapacidad. Hemos logrado avances significativos en este período de financiación. Validamos que nuestro reportero fluorescente funciona según lo previsto. Descubrimos que la expresión del gen informador representa células de diferentes etapas de desarrollo en diferentes momentos de diferenciación. Hemos realizado los primeros lotes de estudios de trasplantes para demostrar que es posible utilizar el gen informador para rastrear las células y los procesos celulares en el sistema nervioso central del huésped. Además, hemos desarrollado un gen informador independiente para marcar universalmente todas las células madre embrionarias derivadas, una herramienta que puede resultar útil para otros investigadores de células madre. Ahora estamos listos para pasar a la siguiente fase del proyecto: caracterizar las neuronas motoras corticoespinales con más detalle in vitro e in vivo. El conocimiento adquirido a partir de este estudio allanará el camino para crear mejores modelos de enfermedades en un plato para afecciones neurológicas como la ELA y para desarrollar terapias para la ELA, lesión de la médula espinal, lesión cerebral traumática, accidente cerebrovascular y otras afecciones neurológicas cuando el motor corticoespinal Las neuronas se dañan o se pierden.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
Un objetivo importante de la investigación con células madre es generar varios tipos de células humanas funcionales para promover la reparación o el reemplazo en caso de lesiones o enfermedades. Nuestro laboratorio estudia la reparación del sistema nervioso central después de una lesión como una lesión de la médula espinal. Hemos estado utilizando una línea de reportero fluorescente que desarrollamos con financiación del CIRM para derivar y caracterizar neuronas motoras corticoespinales humanas, una población neuronal que se daña o se pierde en una lesión de la médula espinal y en la esclerosis lateral amiotrófica (ELA o enfermedad de Lou Gehrig). Estas neuronas son de suma importancia para el movimiento voluntario calificado en humanos, cuya pérdida o daño conduce a parálisis y discapacidad. El objetivo al hacer una línea reportera es que cada vez que las celdas se iluminen (literalmente), sepamos en qué se han convertido y el tipo de celdas que desearíamos tener. Tras el progreso inicial del año pasado, hemos logrado avances significativos en este período de financiación. Descubrimos que nuestro indicador fluorescente es útil para seguir los tipos de células deseados durante el crecimiento celular en placas de cultivo o después de introducir estas células en modelos animales mediante trasplante. Hemos realizado experimentos para validar la identidad y utilidad de estas células. En cultivo, estas células exhiben el patrón de expresión genética característico deseado, así como propiedades electrofisiológicas y morfologías. Continuaremos mejorando nuestra condición de cultivo para maximizar la eficiencia y la pureza. Mientras tanto, hemos trasplantado estas células al cerebro del ratón para estudiarlas en el complejo sistema nervioso central porque muchas de sus propiedades no se pueden estudiar en cultivos celulares, como la conexión de las células nerviosas con otras áreas del cerebro o la médula espinal. Nos entusiasmó descubrir que estas células, una vez trasplantadas, pueden sobrevivir, integrarse en el sistema nervioso central del ratón y enviar largos procesos neuronales característicos de las células nerviosas endógenas. Algunas de las proyecciones parecen seguir el camino de las proyecciones de las neuronas motoras corticoespinales, lo que indica que nuestro enfoque probablemente tendrá éxito. Gracias al apoyo de CIRM, continuaremos investigando los diversos parámetros para mejorar nuestros estudios de trasplantes. El conocimiento adquirido a partir de este estudio allanará el camino para crear mejores modelos de enfermedades en un plato para afecciones neurológicas como la ELA y para desarrollar terapias para la ELA, lesión de la médula espinal, lesión cerebral traumática, accidente cerebrovascular y otras afecciones neurológicas cuando el motor corticoespinal Las neuronas se dañan o se pierden.
Período de información:
Año 3 + NCE
Un objetivo importante de la investigación con células madre es generar diversos tipos de células humanas funcionales a partir de células madre, tanto para desarrollar terapias de trasplante de células como para comprender mejor la biología humana. Nuestro laboratorio estudia la reparación del sistema nervioso central después de una lesión y, en particular, de una lesión de la médula espinal. Para complementar nuestros estudios sobre el control molecular de la regeneración de axones utilizando modelos animales de lesión de la médula espinal, hemos estado desarrollando formas de derivar neuronas motoras corticoespinales humanas a partir de células madre embrionarias humanas a través de este proyecto financiado por el CIRM. Estas neuronas son de suma importancia para el movimiento voluntario calificado en humanos, cuya pérdida o daño conduce a parálisis y discapacidad en pacientes con lesión de la médula espinal y esclerosis lateral amiotrófica (ELA o enfermedad de Lou Gehrig). Aprovechamos una línea informadora que desarrollamos con una subvención previa de CIRM SEED para generar neuronas motoras corticoespinales humanas. Esta línea informadora porta un gen indicador fluorescente bajo el control de un gen endógeno que codifica un marcador molecular y determinante de las neuronas motoras corticoespinales, Fezf2. La idea era que cada vez que las células que portan el gen indicador se iluminaran, literalmente, sabríamos que las células están expresando Fezf2. Con este enfoque, hemos aprendido bastante sobre las células humanas que expresan Fezf2. En primer lugar, existe una gran población de células madre neurales humanas que expresan Fezf2 en una fase temprana de la diferenciación neural, lo que probablemente se refleje en el desarrollo humano. Las células madre neurales positivas para Fezf2 pueden convertirse en neuronas positivas para Fezf2, pero también pueden convertirse en neuronas negativas para Fezf2. Por el contrario, las células madre/progenitoras negativas para Fezf2 no se convierten en neuronas positivas para Fezf2. Durante la diferenciación neuronal en cultivos a partir de células madre embrionarias humanas, la expresión de Fezf2 es dinámica. Las células madre neurales que expresan Fezf2 anteriormente tienen propiedades diferentes de las células madre neurales que expresan Fezf2 tardías, ya que tienen diferentes capacidades para convertirse en tipos neuronales diferenciales. En particular, en este último año de financiación, llevamos a cabo una caracterización en profundidad de la firma molecular de las células madre/progenitoras neurales positivas y negativas de Fezf2, así como de las neuronas que se habían derivado de estos progenitores, en diferentes momentos de la diferenciación. El análisis de conglomerados jerárquicos no sólo proporcionó nuevos conocimientos sobre las diferentes poblaciones celulares en el cultivo de diferenciación a lo largo del tiempo, sino también sobre los diferentes marcadores moleculares basados en estudios en ratones. También hemos ampliado nuestros estudios de trasplantes in vivo para determinar qué tan bien estas células progenitoras neurales pueden sobrevivir e integrarse en el sistema nervioso del ratón. Los datos indican que los progenitores neuronales que expresan el indicador de fluorescencia pueden sobrevivir, integrarse en el sistema nervioso del huésped y enviar trayectorias axonales extensas. Algunos axones crecieron a lo largo de los caminos apropiados esperados para las neuronas de proyección corticoespinales y subcerebral relacionadas, mientras que otros parecen desviarse del curso. Estos datos indican que un desafío en la investigación futura será dilucidar los mecanismos de control de la reconexión de los derivados de células madre trasplantadas con los objetivos hospedantes apropiados cuando se utilizan terapias de trasplante de células para reemplazar neuronas perdidas o dañadas en una enfermedad o lesión.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Generación y caracterización de neuronas corticoespinales a partir de células madre embrionarias humanas.
Resumen público:
Un objetivo importante de la investigación con células madre es generar varios tipos de células humanas funcionales que puedan usarse para comprender mejor cómo funcionan estas células y usarlas directamente en terapias. Actualmente no existen tratamientos eficaces, y mucho menos una cura, para muchas afecciones neurológicas. Dos afecciones neurológicas devastadoras en particular, la lesión de la médula espinal y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA o enfermedad de Lou Gehrig), comparten un elemento común. Es decir, en ambas condiciones, las neuronas motoras corticoespinales que controlan el movimiento voluntario calificado están gravemente dañadas, lo que lleva a una pérdida significativa del control motor. En los últimos años se han realizado extensas investigaciones sobre las lesiones de la médula espinal y la ELA. En el campo de las lesiones de la médula espinal, se han dedicado muchos esfuerzos a reparar las vías nerviosas dañadas, pero esto ha resultado ser un gran desafío. El trabajo sobre la ELA, por otro lado, se ha centrado principalmente en las neuronas motoras espinales (a menudo denominadas neuronas motoras inferiores en el contexto de la ELA). Nuestro estudio propuesto se centra en las neuronas motoras corticoespinales (o las neuronas motoras superiores) y, más ampliamente, en las neuronas de proyección subcerebral. Tomando pistas de estudios en ratones, nuestro objetivo es comprender cómo las neuronas de proyección subcerebral, incluidas las neuronas motoras corticoespinales, pueden producirse a partir de células madre embrionarias humanas. Nos centraremos en los pasos posteriores de la diferenciación que no se comprenden bien y que dieron lugar a diferentes tipos de neuronas en la corteza cerebral. Para ayudar en este proceso, hemos diseñado un indicador fluorescente en células madre embrionarias humanas que, cuando las células madre se convierten en neuronas motoras corticoespinales y neuronas de proyección subcerebral relacionadas, se iluminarán, literalmente. Probaremos el control molecular de este proceso y determinaremos si las neuronas motoras corticoespinales producidas en una placa de cultivo, cuando se introducen nuevamente en un organismo, pueden enviar proyecciones a la médula espinal, como lo harían normalmente durante el desarrollo. La mayor parte de nuestro conocimiento sobre el desarrollo de las neuronas motoras corticoespinales proviene de estudios con modelos de ratón. Como es probable que existan diferencias importantes entre humanos y ratones, prestaremos especial atención a las similitudes y diferencias entre las neuronas motoras corticoespinales de ratones y humanas. El conocimiento adquirido a partir de este estudio allanará el camino para crear mejores modelos de enfermedades en un plato para afecciones neurológicas como la ELA y para desarrollar terapias para la ELA, lesión de la médula espinal, lesión cerebral traumática, accidente cerebrovascular y otras afecciones neurológicas cuando el motor corticoespinal las neuronas están dañadas.
Declaración de beneficio para California:
Las condiciones neurológicas afectan a millones de californianos cada año. La lesión de la médula espinal es una condición neurológica particularmente debilitante. La discapacidad, la pérdida de poder adquisitivo y la pérdida de libertad personal asociadas con la lesión de la médula espinal son devastadoras para el individuo lesionado y crean una carga financiera de aproximadamente $400 millones al año para el estado de California. La investigación es la única solución ya que actualmente no existe cura para la lesión de la médula espinal. Un déficit funcional importante para los pacientes con lesión de la médula espinal es la pérdida del control motor. Las neuronas motoras corticoespinales median el movimiento voluntario y calificado en los seres humanos y el daño a estas neuronas conduce a una discapacidad grave. Nuestro estudio propuesto se centra en la comprensión de cómo las neuronas motoras corticoespinales y, más ampliamente, las neuronas de proyección subcerebral se pueden producir a partir de células madre embrionarias humanas en condiciones de cultivo, y cómo se pueden introducir nuevamente en el sistema nervioso central. Comprender este proceso permitirá a los científicos diseñar formas de utilizar estas células para terapias de trasplante no sólo para lesiones de la médula espinal, sino también para otras afecciones neurológicas como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA o enfermedad de Lou Gehrig). Los tratamientos eficaces que promueven la reparación funcional aumentarán significativamente la independencia personal de las personas con lesión de la médula espinal y disminuirán la carga financiera para el estado de California. Más importante aún, los tratamientos que mejoran la recuperación funcional mejorarán la calidad de vida de quienes se ven afectados directa o indirectamente por una lesión de la médula espinal, ELA y otras afecciones neurológicas.
