Entrega local de células madre musculares viejas rejuvenecidas para aumentar la fuerza en pacientes de edad avanzada

El mantenimiento y la reparación del músculo esquelético durante la edad adulta depende de las contribuciones esenciales de las células madre del músculo residente. Nuestro laboratorio ha sido pionero en el aislamiento prospectivo de células madre del músculo esquelético de ratón mediante FACS y ha demostrado que estas células contribuyen ampliamente a la regeneración de los músculos dañados y también a reponer la reserva de células madre endógenas. Aunque se han obtenido muchos conocimientos en ratones, en humanos hay escasez de conocimiento sobre las identidades moleculares de las células madre y progenitoras residentes y los mecanismos celulares y moleculares fundamentales que regulan sus contribuciones a la reparación muscular. Esta necesidad insatisfecha se destaca particularmente en personas distróficas y de edad avanzada en las que la función muscular está comprometida. Nuestro proyecto tiene como objetivo dilucidar las poblaciones de células madre en músculos humanos jóvenes y envejecidos para comprender mejor la escasa capacidad de reparar daños en los músculos envejecidos. Además, estamos desarrollando estrategias in vitro para propagar células madre de músculo humano con el objetivo de aumentar su número y mejorar su función terapéutica en entornos clínicos. Durante el primer año de este período de subvención, hemos logrado avances sustanciales en los Hitos 1, 2 y 3. Se han aislado células madre de músculo humano mediante citometría de flujo en nuestro laboratorio basándose en la expresión de marcadores de selección de superficie celular positivos y negativos. Hemos demostrado que las células purificadas se pueden trasplantar in vivo en músculos dañados de ratones receptores inmunodeficientes y generar fibras musculares, lo que demuestra el potencial de las células humanas aisladas para producir músculo in vivo. Observamos mediante imágenes de bioluminiscencia no invasivas que las células madre de músculo humano purificadas se expanden in vivo más de 100 veces durante el proceso de reparación, en contraste con los progenitores de mioblastos humanos, que no se expanden in vivo. En particular, ahora tenemos datos que demuestran que, utilizando nuestras condiciones de cultivo, estas células se pueden mantener con éxito como células madre, como lo demuestra su capacidad para injertar y generar músculo in vivo. Estamos investigando activamente factores que expanden las células madre del músculo esquelético (MuSC) purificadas a partir de tejidos musculares humanos obtenidos de individuos de edad avanzada ex vivo. Por lo tanto, hemos podido traducir nuestros hallazgos anteriores con MuSC murinas a MuSC humanas.

Las células madre musculares son una población poco común de células especializadas dedicadas a la regeneración del músculo funcional. Desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento del tejido muscular y generan una respuesta notable a las lesiones, tras lo cual reparan rápidamente las fibras musculares dañadas. Por lo tanto, el trasplante de células madre musculares tiene el potencial de tratar numerosas afecciones musculares causadas por enfermedades, lesiones y envejecimiento, que constituyen importantes necesidades médicas no cubiertas. Aunque está bien caracterizada en ratones, se sabe muy poco sobre las características moleculares y celulares de esta importante población de células madre en humanos, o los mecanismos que controlan su contribución a la regeneración muscular. Nuestra propuesta tiene como objetivo caracterizar la población de células madre en músculos humanos con el objetivo de definir las células óptimas para el trasplante y la reparación del tejido muscular. Además, estamos desarrollando estrategias para propagar células madre de músculo humano en cultivo y ampliar su número y propiedades funcionales, con el objetivo general de mejorar su potencial terapéutico en entornos clínicos. Durante el segundo año de este período de subvención, desarrollamos un método novedoso para enriquecer las células madre musculares presentes en biopsias humanas, utilizando un biomarcador de células madre recientemente descubierto. Esta población parece estar altamente enriquecida en células madre con un potente potencial regenerativo. Utilizamos el método para aislar células madre de músculos humanos a partir de biopsias musculares obtenidas de pacientes de diferentes edades. Sorprendentemente, el contenido de células madre musculares de la biopsia del paciente de mayor edad (77 años) mostró una marcada reducción en el contenido de células madre musculares, en comparación con las biopsias de donantes más jóvenes (entre 41 y 51 años), que fueron notablemente consistentes. Cuando se trasplantaron, las células eran visibles tan pronto como cinco días después del trasplante, y una señal fuerte persistió durante las siguientes 20 semanas de duración del experimento, lo que indica un injerto rápido y a largo plazo. Sorprendentemente, las células humanas trasplantadas respondieron a la lesión inducida por la inyección de una toxina en la pierna aumentando en número hasta un grado sorprendente, un sello distintivo de su capacidad para regenerar tejido dañado. El examen microscópico reveló que, lo que es más importante, las células madre del músculo humano también se dirigieron a su “nicho” celular correcto dentro de la pata del ratón con exquisita precisión, lo que indica su capacidad para reconstituir el reservorio de células madre. Además, las células contribuyeron a que las fibras musculares tuvieran las características morfológicas y los patrones de expresión genética típicos del músculo humano. No se observaron tumores ni crecimientos celulares anormales, lo que proporciona evidencia del uso seguro de estas células para terapias de trasplante. Por lo tanto, hemos demostrado que nuestras estrategias mejoradas para el aislamiento, caracterización y trasplante de MuSC humanas en un modelo de ratón serán efectivas para probar si pueden restaurar la fuerza muscular en extremidades atrofiadas.

En el último año de esta subvención hemos desarrollado métodos para aislar y caracterizar prospectivamente células madre de músculos humanos a partir de biopsias de pacientes obtenidas en clínicas de Stanford. Hemos demostrado que las células madre de músculo de ratón (MuSC) aisladas pueden restaurar la función del esfínter urinario en ratones inmunodeficientes después de una lesión por sección bilateral del nervio pudendo (BPNT). Específicamente, hemos descubierto que las MuSC humanas aisladas prospectivamente regeneran las fibras musculares lesionadas después del trasplante y albergan y siembran el nicho de células madre, creando así un reservorio para satisfacer las necesidades futuras de regeneración muscular. Finalmente, nuestros resultados recientes han mostrado evidencia de que el trasplante de células madre musculares en un modelo de ratón inmunodeficiente con incontinencia urinaria de esfuerzo conduce a la integración de las células trasplantadas en el músculo estriado del esfínter urinario, la contribución a las miofibras endógenas y la restauración de la función.

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