Oligodendrocitos derivados de células madre humanas para el tratamiento del accidente cerebrovascular y la EM

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Detalles de la concesión de la subvención

Tipo de subvención:

Subvención Integral

Conceder número:

RC1-00135

Investigador(es):

Nombre:

Dr. Samuel Placer

Institución:

Universidad de California, San Francisco

Tipo:

Enfoque de la enfermedad:

Enfermedad inmune, Esclerosis múltiple, Desórdenes neurológicos, Trazo

Uso de células madre humanas:

Célula madre adulta o de tejido, Células madre embrionarias

Valor del premio:

$2,459,235

Estado:

Cerrado

Informe de progreso

Período de información:

Los estudiantes de Year 2

Período de información:

Los estudiantes de Year 3

Nuestra propuesta se centra en desarrollar métodos novedosos y eficaces para generar oligodendrocitos a partir de células ES humanas. Nos centramos en identificar vías de señalización (mediante estudios en células madre neurales de roedores) que puedan adaptarse a las células ES humanas y usarse para regular la eficiencia de la especificación y diferenciación de oligodendrocitos de las células ES humanas. Luego esperamos utilizar estos oligodendrocitos derivados de células ES humanas para determinar si el trasplante de estas células es factible en modelos animales bien caracterizados asociados con daño a los oligodendrocitos. Durante el último año hemos logrado importantes avances hacia estos objetivos. En primer lugar, hemos completado y presentado para publicación dos estudios que identifican las funciones de Wnts y Sox10 en la regulación del desarrollo de oligodendrocitos tanto durante el desarrollo del cerebro como durante la diferenciación de células madre in vitro. Uno de estos artículos se encuentra en las etapas finales de consideración después de la revisión y el otro se presenta en espera de revisiones. En segundo lugar, hemos desarrollado un método novedoso para cultivar precursores de oligodendrocitos derivados de células ES humanas. Esto se basa en modificaciones de los métodos publicados, pero conduce a una pureza muy mejorada de los oligodendrocitos finales en nuestros cultivos (aproximadamente 80% de oligodendrocitos y 20% de astrocitos). Hemos utilizado este enfoque de cultivo para abordar el papel de Sonic Hedgehog en la diferenciación de oligodendrocitos de progenitores de oligodendrocitos humanos y hemos identificado a Sonic Hedgehog como un importante regulador de la diferenciación de oligodendrocitos y la producción de mielina. Esto es bastante distinto de las células neuronales de los roedores, donde Sonic Hedgehog no parece tener esta función. Esto proporcionará un nuevo objetivo terapéutico para afectar la maduración y regeneración de oligodendrocitos en modelos de enfermedades y será de gran utilidad para estudiar la función de los oligodendrocitos humanos maduros. Este trabajo está en preparación para su presentación. En tercer lugar, hemos logrado algunos avances significativos en nuestros estudios de trasplantes. Completamos estudios de trasplante de progenitores de oligodendrocitos derivados de ES humanos en un modelo de roedor de accidente cerebrovascular focal y descubrimos que 1 semana después del accidente cerebrovascular y 2 semanas después del accidente cerebrovascular, la supervivencia de los oligodendrocitos de estos trasplantes es mínima. Por lo tanto, hemos descontinuado este trabajo debido a este problema de viabilidad. Hemos pasado a examinar estudios de trasplante en roedores recién nacidos con lesión hipóxica y con desmielinización debido a la mutación shiverer. El progreso aquí es bueno. El modelo de hipoxia que estamos utilizando es una exposición crónica (hasta 1 semana) a una baja tensión de oxígeno de ratones P2, que se sabe que causa lesión de oligodendrocitos. Inicialmente estamos caracterizando la lesión de los oligodendrocitos en diferentes duraciones de exposición hipóxica para que podamos identificar el mejor momento para trasplantar nuestras células al cerebro. Estamos utilizando ratones inmunodeficientes para disminuir las posibilidades de rechazo de las células trasplantadas. Además, estamos generando una colonia de ratones con el alelo shiverer combinado con un alelo de inmunodeficiencia para poder trasplantar células en este modelo. Mientras tanto, estamos determinando la supervivencia de las células trasplantadas en ratones recién nacidos para identificar los factores técnicos que deberán superarse para permitir un trasplante eficiente y determinar si nuestras células humanas participan en la diferenciación en estos ratones. Preliminarmente hemos encontrado una buena supervivencia de las células del linaje de oligodendrocitos después del trasplante en ratones P2 y la expresión de antígenos de mielina después de un período apropiado de desarrollo in vivo. Esto es muy alentador.

Período de información:

Los estudiantes de Year 4

Período de información:

Año 5 NCE

Detalles de la solicitud de subvención

Titulo de la aplicación:

Oligodendrocitos derivados de células madre humanas para el tratamiento del accidente cerebrovascular y la EM

Resumen público:

Los accidentes cerebrovasculares que afectan a las células nerviosas, es decir, a la “materia gris”, reciben siempre la mayor atención. Sin embargo, el tipo de accidentes cerebrovasculares que afectan el "cableado" del cerebro, es decir, la "materia blanca", causan casi la misma discapacidad. La discapacidad más grave se produce cuando el accidente cerebrovascular se produce en el cableado (axones) que conecta el cerebro y la médula espinal; Hasta 150,000 pacientes quedan discapacitados cada año en los EE. UU. debido a este tipo de accidente cerebrovascular. Aunque los oligodendrocitos (“oligos”) son las células de la sustancia blanca que producen el aislante axonal rico en lípidos llamado mielina y se dañan preferentemente durante estos eventos, no se ha probado la eficacia de los oligodendrocitos derivados de células madre en ensayos preclínicos (con animales). Estos mismos tractos de materia blanca (ubicados debajo de la materia gris, llamados subcorticales) también son los principales sitios de lesión en la EM, donde el ataque inflamatorio multifocal es responsable de arrancar las vainas aislantes de mielina de los axones, lo que resulta en disfunción y degeneración axonal. Los intentos de tratar lesiones similares a la EM en animales mediante trasplantes de células madre indiferenciadas son prometedores, pero la mayor parte de la evidencia sugiere que estos enfoques funcionan cambiando la respuesta inflamatoria (inmunomodulación) en lugar de la regeneración de mielina. Si bien es poco probable que la inmunomodulación sea suficiente para tratar la enfermedad por completo, es posible que la EM no sea susceptible de un trasplante de oligonucleótidos localizado, ya que es un proceso multifocal. Esto ha llevado a un nuevo énfasis en enfoques diseñados para maximizar la respuesta de los oligoprecursores endógenos que pueden regenerar la mielina si se estimulan. Nuestra hipótesis es que al explotar características novedosas de la diferenciación de oligos in vitro (que hemos descubierto y que se describen en nuestros datos preliminares) podremos mejorar nuestra capacidad de generar células de linaje de oligos a partir de células madre embrionarias humanas y células madre neurales para trasplante, y también para desarrollar enfoques para maximizar el desarrollo de oligonucleótidos a partir de precursores endógenos en el sitio de la lesión en el cerebro. Esta propuesta se basará en nuestros éxitos recientes en impulsar la producción de precursores de oligo a partir de células madre neurales multipotenciales de ratón mediante la expresión de factores de transcripción reguladores, y aplicará este enfoque a células madre neurales y embrionarias humanas para producir células cuya capacidad para mejorar el daño cerebral se probará. en modelos de roedores de accidente cerebrovascular humano. Además, esperamos desarrollar enfoques que puedan facilitar el reclutamiento endógeno de precursores de oligos para producir oligos maduros, lo que puede resultar un enfoque regenerativo viable para tratar una variedad de enfermedades de la sustancia blanca, incluidas la EM y los accidentes cerebrovasculares.

Declaración de beneficio para California:

Las enfermedades asociadas con la alteración de la función e integridad de los oligodendrocitos (como el accidente cerebrovascular isquémico subcortical y la esclerosis múltiple) son causas importantes de morbilidad y mortalidad. El accidente cerebrovascular es la tercera causa principal de muerte y la principal causa de discapacidad permanente en los Estados Unidos, y cuesta más de 50 mil millones de dólares al año, ya que aproximadamente 150,000 20 pacientes con accidente cerebrovascular crónico sobreviven al evento agudo y quedan con déficits motores y/o sensoriales severos y permanentes. . Aunque es mucho menos común, la esclerosis múltiple (EM) es la principal causa no traumática de discapacidad neurológica en adultos jóvenes. La mayoría de los pacientes son diagnosticados entre los 40 y los XNUMX años y viven muchas décadas después del diagnóstico con necesidades crecientes de servicios costosos, medicamentos y, en última instancia, atención a largo plazo. Las estrategias existentes para terapias basadas en células madre incluyen tanto estrategias para reemplazar las células perdidas como para aumentar la regeneración después de una lesión, pero la mayoría de estos esfuerzos han enfatizado el papel de las células madre indiferenciadas en el tratamiento a pesar de la comprensión de que el principal nexo de lesión en ambas enfermedades es frecuentemente un tipo de célula diferenciada: el oligodendrocito. Este proyecto utilizará nuevos conocimientos sobre el desarrollo de oligodendrocitos de los laboratorios de los investigadores para encontrar formas de mejorar la producción de oligodendrocitos a partir de células ES humanas y células madre neurales humanas, probar si estas células pueden mejorar el resultado clínico en modelos de accidente cerebrovascular en roedores y EM después del trasplante y búsqueda de nuevos tratamientos moleculares que aumenten la regeneración de oligodendrocitos a partir de células madre cerebrales residentes después de una lesión. Este es el primer paso para traducir la comprensión fundamental básica del desarrollo de oligodendrocitos en terapias viables para enfermedades humanas importantes que representan una carga importante para los ciudadanos de California.

Publicaciones

J Neurosci (2010): Las neuronas piramidales derivadas de células madre embrionarias murinas se integran en la corteza cerebral y proyectan adecuadamente los axones a objetivos subcorticales. (PubMed: 20089898)
Proc Natl Acad Sci EE. UU. (2010): Sox10 dirige las células madre neurales hacia el linaje de oligodendrocitos al disminuir la expresión del supresor de fusión. (PubMed: 21098272)
J Neurosci (2010): Los Wnts influyen en el momento y la eficiencia de la generación de células precursoras de oligodendrocitos en el telencéfalo. (PubMed: 20926663)