Generación de células hepáticas a partir de células madre placentarias para trastornos metabólicos congénitos.

Tomamos células epiteliales amnióticas humanas (hAEC) de la placenta y aislamos las células con las actividades enzimáticas que faltan en tres trastornos metabólicos hereditarios: mucopolisacaridosis tipo I (MSP I o síndrome de Hurler), enfermedad de la orina con jarabe de arce y deficiencia de ornitina transcarbamilasa (OTC). ). Al trasplantar estas células enzimáticamente activas a ratones, demostramos un tratamiento eficaz para estos trastornos. Nuestro grupo y otros han demostrado que las hAEC poseen cualidades únicas similares a las de las células madre, como la capacidad de diferenciarse. Más importante aún, las hAEC son genéticamente estables y, por lo tanto, no forman tumores tras el trasplante en ratones y humanos. Durante el primer año del proyecto, identificamos marcadores en la superficie de las hAEC que indican la presencia de genes que codifican las enzimas deseadas. Establecimos con éxito colonias de ratones con cada uno de los tres trastornos metabólicos y definimos los protocolos para las pruebas o ensayos radiológicos y bioquímicos. También realizamos varios trasplantes de hAEC a ratones con MSP I. El primer caso de trasplante de hAEC demostró un resultado muy prometedor: la concentración patológica de proteína en la orina del ratón MSP I tratado disminuyó drásticamente. Confirmaremos este resultado investigándolo más a fondo en más ratones. Según lo propuesto, también hemos comenzado a construir un biobanco a pequeña escala de hAEC de 24 placentas. Estas hAEC se utilizarán para determinar si las hAEC conservan su potencial terapéutico después de la criopreservación o la congelación.

En este período de informe hemos realizado múltiples análisis y realizado varias tareas. En primer lugar, demostramos con éxito la eficacia terapéutica de las células madre derivadas de la placenta (PDSC) en los tres animales modelo de enfermedad metabólica congénita propuestos. Se utilizó un modelo de enfermedad lisosómica de ratón con deficiencia de Idua para probar la eficacia terapéutica del PDSC para enfermedades metabólicas congénitas sistémicas. Demostramos que las PDSC no fraccionadas expresan ARNm y proteína de IDUA en niveles equivalentes o superiores a los de los hepatocitos humanos. Los ratones trasplantados con PDSC demostraron un aumento del 15.1% y del 32.5% en la actividad de la enzima IDUA en el hígado y el pulmón, respectivamente. Curiosamente, la actividad cerebral de IDUA mejoró drásticamente (96.5%). También establecimos métodos de evaluación de masa ósea cuantitativa y cualitativa mediante micro CT. Aunque la eficacia terapéutica sobre el fenotipo óseo del ratón IDUA fue limitada, el receptor demostró una ligera mejoría. Estos datos indicaron que nuestro enfoque de apuntar al órgano interno más grande, el hígado, para tratar los trastornos metabólicos sistémicos fue razonable y eficiente. Estudiaremos más a fondo la condición óptima del trasplante de PDSC y el mecanismo de la terapia celular. Nuestros datos de análisis de expresión génica unicelular indicaron que el PDSC contiene células que expresan BCKDHa. Utilizando un ratón modelo intermedio de enfermedad de orina con jarabe de arce, realizamos inyecciones de células guiadas por ultrasonido para visualizar la distribución de las células trasplantadas. Los datos anteriores indicaron que las PDSC primarias no expresan el gen OTC. Realizamos un trasplante de PDSC no fraccionado en ratón Spf/Ash, que es un modelo de enfermedad con deficiencia de OTC. Los datos del análisis proteómico de la orina indicaron que el trasplante de PDSC mejoró claramente el fenotipo de venta libre. Aumentaremos aún más el número de ratones receptores y probaremos diferentes dosis y frecuencias de trasplante de células. En conclusión, el proyecto ha avanzado muy bien y ha demostrado datos prometedores en el tratamiento de pacientes con trastornos metabólicos congénicos con células madre derivadas de la placenta.

En este período de informe, hemos realizado múltiples análisis y demostrado con éxito la eficacia terapéutica de las células madre derivadas de la placenta (PDSC) en los tres animales modelo de enfermedad metabólica congénita propuestos. Se utilizó un modelo de enfermedad de lisosoma de ratón con deficiencia de Idua para probar la eficacia terapéutica del PDSC para la enfermedad de Hurler. Demostramos que las PDSC primarias expresan ARNm de IDUA sin manipulaciones in vitro. Las expresiones del gen IDUA y de las proteínas son equivalentes o superiores a las de los hepatocitos humanos. Estos datos indican que el PDSC primario es una fuente de células alternativa adecuada para la terapia de reemplazo celular, el trasplante de hepatocitos. Los animales trasplantados con PDSC demostraron un aumento de la actividad de la enzima IDUA en el hígado, los pulmones y el cerebro. El examen por micro tomografía computarizada del hueso facial indicó que el tratamiento con PDSC mejoró significativamente el fenotipo de la enfermedad. La eficacia del trasplante de PDSC también se evaluó en modelos animales de enfermedad de la orina con jarabe de arce (MSUD) y deficiencia de ornitina transcarbamilasa (OTC). Cinco de los 6 animales MSUD tratados con PDSC sobrevivieron más de 100 días, mientras que todos los animales MSUD no tratados murieron antes de los 28 días de edad. El tratamiento con PDSC también mejoró el fenotipo de la enfermedad de venta libre y rescató a los animales de una sobredosis transitoria de amoníaco. Estos datos indican que nuestro enfoque para apuntar al órgano interno más grande, el hígado, para tratar trastornos metabólicos congénitos tanto sistémicos como específicos del hígado es razonable y eficiente. En conclusión, demostramos con éxito la eficacia terapéutica del trasplante de células madre derivadas de placenta humana en los tres modelos murinos de enfermedades metabólicas congénitas. Se necesitan experimentos adicionales y análisis más detallados para realizar validaciones estadísticas y definir los mecanismos terapéuticos.

El objetivo general de esta investigación traslacional inicial es demostrar la eficacia terapéutica de las células epiteliales amnióticas (AEC), un tipo de células madre placentarias. Las AEC poseen capacidad de diferenciación multilinaje, baja inmunogenicidad y ninguna tumorigenicidad. En este proyecto, nos centramos en probar la capacidad de estas células para tratar modelos animales de tres trastornos metabólicos congénitos: mucopolisacaridosis tipo 1 (MPS-1), enfermedad de la orina con jarabe de arce (MSUD) y deficiencia de ornitina transcarbamilasa (OTCD). Actualmente, no existen terapias definitivas para estos trastornos. Primero, evaluamos el perfil enzimático de las AEC para determinar si son adecuadas para tratar cada trastorno metabólico congénito. Descubrimos que las AEC primarias poseen las enzimas necesarias para compensar las deficiencias de MPS-1 y MSUD. Si bien las AEC primarias no tienen actividad enzimática ornitina transcarbamilasa (OTC) para compensar la deficiencia de OTCD, pueden adquirir la expresión del gen OTC después de la inducción de la diferenciación hepática. Utilizamos ratones modelo de enfermedad para probar la eficacia terapéutica in vivo para cada enfermedad. Las AEC humanas (hAEC) trasplantadas en los hígados de estos ratones mejoraron los fenotipos de la enfermedad en los tres modelos de ratón. En el modelo de ratón de MPS-1, la terapia celular mejoró no sólo la actividad enzimática en el hígado sino también la morfología ósea y la función neuronal. Los ratones MSUD tratados con hAEC sobrevivieron más de 100 días, en comparación con los ratones de control que solo sobrevivieron hasta 30 días. También demostramos con éxito una mejora del fenotipo de la enfermedad en ratones modelo OTCD. Después del trasplante, las hAEC se diferenciaron y adquirieron actividad enzimática OTC en sus mitocondrias. A través de un mecanismo terapéutico único, las hAEC transfirieron estas mitocondrias funcionales a hepatocitos de ratón enfermos a través de nanotubos de túnel. En conclusión, hemos demostrado con éxito la eficacia terapéutica de la terapia con hAEC para tres trastornos metabólicos congénitos. Estamos ansiosos por avanzar en nuestra investigación para llevar esta prometedora terapia con células madre a pacientes con necesidades médicas no cubiertas.