Identificación del mecanismo molecular mediado por hESC que regula positivamente la capacidad regenerativa de los tejidos posnatales.

Desde 2009 hasta principios de 2010 nos hemos centrado en investigar qué factores pueden producir las células madre embrionarias humanas (hESC) que mejoran la regeneración y si esos factores tienen algún efecto por sí solos en la regeneración. Hemos publicado tres artículos y cuatro capítulos de libros financiados al menos en parte por este premio. Se ha presentado una solicitud de patente en nuestra Universidad. Hemos utilizado una matriz de anticuerpos proteómicos para examinar más de 500 proteínas de señalización comunes a la vez para ver si las hESC producen alguna de ellas en niveles mucho más altos o más bajos. Descubrimos que las hESC producen factores de crecimiento positivos y reguladores negativos de la familia TGF-beta. Confirmamos que, de hecho, la señalización típica del factor de crecimiento se producía en las células musculares expuestas a factores producidos por hESC, y que las hESC producen un antagonista de TGF-beta. Esto encaja con nuestro trabajo recientemente publicado que muestra que el músculo joven se regenera bien a partir de una fuerte señalización del factor de crecimiento y señales bajas de TGF-beta, mientras que el músculo viejo se regenera mal debido a una señalización débil del factor de crecimiento y una señalización alta de TGF-beta. Nuestra hipótesis actual es que los factores de crecimiento positivos producidos por las hESC activan el músculo lesionado para iniciar y mantener la regeneración, los inhibidores de TGF-beta producidos por las hESC reducen la señalización de TGF-beta y la combinación asegura la regeneración sólida del músculo. También encontramos un aumento sorprendente en la producción de insulina por parte de las hESC y estamos integrando ese resultado con experimentos de regeneración en curso. En el próximo período de informe volveremos a confirmar que los niveles de proteínas candidatas de la matriz de 500 anticuerpos en realidad son producidos en gran medida por hESC y que las señales de estas proteínas son percibidas por las células musculares en regeneración. Para el objetivo 4, hemos examinado los efectos sobre el músculo vivo en regeneración al administrar los inhibidores de TGF-beta que encontramos en el objetivo 2. Los datos preliminares indican que los efectos sobre la regeneración del músculo viejo parecen muy prometedores. Lo sorprendente es que la administración de estos inhibidores a todo el animal parece reducir los niveles de TGF-beta en todo el animal, lo que sugiere algún tipo de retroalimentación y tal vez efectos en otros tejidos además del músculo. Para el próximo período de informe confirmaremos estos resultados. Además analizaremos el efecto sobre la regeneración de la administración de los factores de crecimiento que encontramos en el Objetivo 2, tanto solos como en combinación con los inhibidores de TGF-beta. A principios de 2010, a principios de 2011, nos acercamos a la identificación y caracterización de las proteínas producidas por las hESC y que tienen actividad rejuvenecedora y proregenerativa en el músculo adulto. Específicamente, nuestros datos sugieren que es probable que varios otros ligandos de la vía MAPK secretados por hESC mejoren y rejuvenezcan la regeneración del tejido muscular viejo. Nuestro trabajo se encuentra en la etapa de comprender los mecanismos moleculares mediante los cuales el envejecimiento del potencial regenerativo de las células madre de los órganos puede ser revertido por factores embrionarios humanos particulares que son capaces de neutralizar los efectos de los nichos envejecidos sobre la capacidad regenerativa de los tejidos. Hemos enviado varios manuscritos sobre temas de regeneración tisular mejorada y estamos preparando el manuscrito que identifica estrategias novedosas basadas en hESC para restaurar una alta capacidad regenerativa en el músculo viejo. Además, nuestros datos en curso sugieren que los músculos y el cerebro envejecen mediante mecanismos moleculares similares y, por lo tanto, las estrategias terapéuticas para la reparación muscular rejuvenecedora podrían ser aplicables a la restauración de la neurogénesis en el cerebro envejecido. Finalmente, nuestros datos sugieren que las células madre musculares no acumulan daño en el ADN con la edad o pueden reparar dicho daño de manera eficiente cuando se activan para la regeneración del tejido. Por lo tanto, es probable que el uso de factores proregenerativos producidos por hESC para aumentar la capacidad regenerativa de las células madre de órganos produzca tejido joven y sano. Nuestro plan es seguir desarrollando estos proyectos que se fertilizan mutuamente y tienen como tema principal mejorar y rejuvenecer la regeneración de tejidos. En el próximo período de financiación también planeamos lograr la transición del modelo de ratón a células y estudios humanos.

Aunque las células madre de órganos funcionales persisten en los viejos, el daño tisular invariablemente abruma la reparación del tejido y, en última instancia, provoca la desaparición de un organismo. El bajo rendimiento de las células madre en un órgano envejecido, como el músculo esquelético, se debe a cambios en las vías reguladoras como Notch, MAPK y TGF-β, donde los tejidos viejos diferenciados y la circulación sanguínea inhiben el rendimiento regenerativo de las células madre del órgano. Si bien las respuestas de las células madre adultas están reguladas de manera extrínseca y específica de la edad, nuestro trabajo publicado recientemente presenta evidencia experimental que sugiere que las células embrionarias tienen una barrera juvenil intrínseca al envejecimiento y producen proteínas proregenerativas solubles que señalan la vía MAPK para la miogénesis rejuvenecedora. La identificación futura de esta actividad mejorará nuestra comprensión de la regulación de la regeneración de tejidos en embriones versus adultos, lo que sugiere nuevas estrategias para el rejuvenecimiento de órganos. En términos generales, nuestro progreso del último año indica que si se entendiera la disminución impuesta por la edad en la capacidad regenerativa de las células madre, la debilitante falta de mantenimiento de los órganos en las personas mayores podría mejorarse y tal vez incluso revertirse. También se requiere la misma comprensión. para el trasplante exitoso de células madre y progenitoras en personas mayores y para combatir muchos trastornos degenerativos de los tejidos: concretamente, el rendimiento productivo de las células trasplantadas depende del nicho en el que se colocan y es necesario identificar los factores inhibidores de los nichos patológicos y de edad avanzada y neutralizado. Otros trabajos publicados recientemente se centraron en el desarrollo de nuevas estrategias para proporcionar nuevas fuentes de células regenerativas a las personas que padecen miopatías genéticas (en las que sus propias células madre musculares se agotan debido a la progresión de la enfermedad). La regeneración muscular disminuye con el envejecimiento y las miopatías, y la reprogramación de células musculares diferenciadas en sus progenitores puede servir como una fuente sólida de células terapéuticas. Utilizamos inhibidores de moléculas pequeñas para desdiferenciar el músculo en células miógenas en división, sin sobreexpresión genética, lo cual es clínicamente adaptable. Las células precursoras musculares reprogramadas contribuyeron a la regeneración muscular in vitro e in vivo y se distinguieron inequívocamente gracias al método de marcado de linaje. Estos hallazgos mejoran la comprensión de la determinación del destino celular y crean nuevos enfoques terapéuticos para mejorar la reparación muscular. Además, otro de nuestros artículos publicados recientemente ha identificado nuevas formas de hacer que las células progenitoras musculares se fusionen de manera más robusta en las fibras musculares, permitiendo así un control deliberado de la formación de tejido muscular. Estamos en las últimas etapas de nuestro trabajo sobre el diseño de nuevos nichos de células madre biomiméticas que, según nuestros resultados actuales, facilitan la expansión en cultivos de células progenitoras (p. ej. derivados de pinturas) similares a las células madre musculares y mejorando la eficiencia del trasplante de células hasta tal punto que se predice que se evitará la pérdida muscular progresiva en las miopatías genéticas. También hemos descifrado algunas de las propiedades fundamentales de las células madre embrionarias, lo que permitiría el control deliberado de su autorrenovación y diferenciación específica de tejidos y el manuscrito que describe estos hallazgos ha sido enviado a Cell.

Desde el último informe de progreso, hemos confirmado y extrapolado nuestros estudios y, como propusimos el año pasado, hemos identificado proteínas específicas secretadas por células madre embrionarias humanas y que mejoran la regeneración muscular. Hemos extrapolado los hallazgos en ratones y hemos visto que estas proteínas embrionarias terapéuticas tienen actividad pro-regenerativa en las células musculares humanas y, de manera emocionante, hemos demostrado que estos factores también mejoran la proliferación de células madre neuronales e incluso combaten la enfermedad de Alzheimer (modelada en neuronas corticales humanas). derivados de células madre embrionarias). Estamos empezando a comprender cómo actúan estas proteínas proregenerativas (lo que ayudará a aprovechar de forma óptima su potencial terapéutico). También estamos en el proceso de intentar el rejuvenecimiento de la reparación de tejidos en animales viejos vivos y los resultados preliminares son alentadores. En particular, los manuscritos que figuraban en el último informe de progreso como en preparación o enviados han sido publicados.

El trabajo sobre los factores proregenerativos secretados por hESC se ha publicado en dos artículos y el tercer manuscrito está bajo revisión. Además, se ha presentado una divulgación de invención ante UC Berkeley sobre el enriquecimiento de la actividad proregenerativa en proteínas con dominios que contienen heparina y, por lo tanto, nuestra capacidad para enriquecer estos factores terapéuticos mediante perlas recubiertas de heparina.