La terapia con células madre tiene un enorme potencial para curar órganos dañados, incluido el páncreas diabético, el miocardio dañado después de un ataque cardíaco y el cerebro de los pacientes de Parkinson. Sin embargo, los científicos que trabajan con células madre carecen actualmente de un método de obtención de imágenes in vivo adecuado para garantizar que las células madre lleguen a estos órganos diana y permanezcan en ellos. Esto sería esencial para la adopción clínica de terapias con células madre. Unas imágenes sólidas de células madre permitirían optimizar los protocolos in vivo para administrar, mantener o promover la diferenciación de células madre en el órgano afectado, ya que cada paso puede validarse sin sacrificar al animal ni utilizar pruebas invasivas. Necesitamos que esto también funcione bien en humanos, porque un método sólido de obtención de imágenes de células madre permitiría probar el destino y el destino de las células madre, los cuales son cruciales para una eventual aprobación regulatoria, así como para la eficacia clínica.
La comparación de las modalidades de imágenes existentes para el seguimiento de células madre in vivo, las técnicas de rayos X, tomografía computarizada, ultrasonido y resonancia magnética no proporcionan un contraste, sensibilidad y resolución espacial adecuados en profundidad. Todos los métodos de obtención de imágenes ópticas sufren atenuación.
Hace apenas 7 años se inventó un nuevo método de obtención de imágenes, llamado Imagen de Partículas Magnéticas (MPI). Mi laboratorio en UC Berkeley es uno de los pioneros de esta tecnología. La física MPI se adapta fundamentalmente mejor al seguimiento de células madre que los métodos de imágenes tradicionales (rayos X, tomografía computarizada, ultrasonido y resonancia magnética), y tiene el contraste, la sensibilidad y la seguridad necesarios para aplicaciones tanto en humanos como en animales pequeños. Fundamentalmente, no esperamos ninguna atenuación con la información magnética de las células madre en lo profundo del tejido. La física fundamental ofrece una sensibilidad mucho mayor que otros métodos de obtención de imágenes. Por lo tanto, los científicos de células madre se beneficiarán enormemente del desarrollo técnico de la obtención de imágenes de células madre con MPI.
Mi grupo de investigación en UC Berkeley ha diseñado y construido los cuatro escáneres de ratón MPI que existen actualmente en Estados Unidos. Este año hemos logrado varios avances en la tecnología MPI, incluida la demostración de los primeros escaneos MPI del espacio x del mundo y el primer escaneo MPI de proyección del mundo. Específicamente para aplicaciones de seguimiento de células madre, hemos confirmado experimentalmente todas nuestras hipótesis físicas clave de MPI: la señal de MPI es positiva, lineal y cuantitativa con el recuento de células madre; la señal MPI no se atenúa cuando las células están profundamente dentro del tejido; y también confirmamos que MPI es muy sensible a las células madre marcadas. Y estamos mejorando rápidamente la única debilidad significativa restante del MPI, la resolución espacial, en colaboración con el Prof. Kannan Krishnan.
Más allá de estos logros de investigación y publicaciones, el primer año de nuestra subvención Herramientas y Tecnología II ha hecho posible la formación de algunos de los mejores estudiantes de posgrado del mundo. Mis estudiantes de ingeniería están entusiasmados con las posibilidades iniciales de traducir los resultados de nuestra investigación en productos genuinos para que todos los científicos de células madre puedan beneficiarse de este esfuerzo de investigación de vanguardia de UC Berkeley.
Agradecemos enormemente el apoyo financiero del programa Herramientas y Tecnología del CIRM, que nos permitió construir, depurar y mejorar radicalmente la instrumentación de imágenes MPI que pronto se convertirá en una herramienta esencial para todos los científicos de células madre.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
La terapia con células madre tiene un enorme potencial para curar órganos dañados, incluido el páncreas diabético, el miocardio dañado después de un ataque cardíaco y el cerebro de los pacientes de Parkinson. Sin embargo, los científicos que trabajan con células madre carecen actualmente de un método de obtención de imágenes in vivo adecuado para garantizar que las células madre lleguen a estos órganos diana y permanezcan en ellos. Esto sería esencial para la adopción clínica de terapias con células madre. Unas imágenes sólidas de células madre permitirían optimizar los protocolos in vivo para administrar, mantener o promover la diferenciación de células madre en el órgano afectado, ya que cada paso puede validarse sin sacrificar al animal ni utilizar pruebas invasivas. Necesitamos que esto también funcione bien en humanos, porque un método sólido de obtención de imágenes de células madre permitiría probar el destino y el destino de las células madre, los cuales son cruciales para una eventual aprobación regulatoria, así como para la eficacia clínica.
Al comparar todas las modalidades de imágenes existentes para el seguimiento de células madre in vivo, incluidas las radiografías, la tomografía computarizada, la ecografía y la resonancia magnética, ninguna tiene el contraste, la sensibilidad y la resolución espacial adecuados en profundidad para proporcionar datos de seguimiento de células madre verdaderamente cuantitativos. Todos los métodos de obtención de imágenes ópticas sufren una atenuación severa.
Hace apenas 8 años se inventó un nuevo método de obtención de imágenes, llamado Imagen de Partículas Magnéticas (MPI). Mi laboratorio en UC Berkeley es uno de los pioneros de esta tecnología. La física MPI se adapta fundamentalmente mejor al seguimiento de células madre que los métodos de imágenes tradicionales (rayos X, tomografía computarizada, ultrasonido y resonancia magnética), y tiene el contraste, la sensibilidad y la seguridad necesarios para aplicaciones tanto en humanos como en animales pequeños. Fundamentalmente, no esperamos ninguna atenuación con la información magnética de las células madre en lo profundo del tejido. La física fundamental ofrece una sensibilidad mucho mayor que otros métodos de obtención de imágenes. Por lo tanto, los científicos de células madre se beneficiarán enormemente del desarrollo técnico de la obtención de imágenes de células madre con MPI.
Mi grupo de investigación en UC Berkeley ha diseñado y construido los cuatro escáneres de ratón MPI que existen actualmente en Estados Unidos. Este año hemos seguido logrando avances en la tecnología MPI, incluida la demostración del primer escaneo MPI de reconstrucción y proyección 3D del mundo. Específicamente para aplicaciones de seguimiento de células madre, hemos confirmado experimentalmente todas nuestras hipótesis físicas clave de MPI: la señal de MPI es positiva, lineal y cuantitativa con el recuento de células madre; la señal MPI no se atenúa cuando las células están profundamente dentro del tejido; y también confirmamos que MPI es muy sensible a las células madre marcadas. Y estamos mejorando rápidamente la única debilidad significativa restante del MPI, la resolución espacial, en colaboración con el Prof. Kannan Krishnan.
Más allá de estos logros de investigación y publicaciones, el año 2 de esta subvención RT2 ha hecho posible la formación de algunos de los mejores estudiantes de posgrado del mundo. Mis estudiantes de ingeniería están entusiasmados con las posibilidades iniciales de traducir los resultados de nuestra investigación en productos genuinos para que todos los científicos de células madre puedan beneficiarse de este esfuerzo de investigación de vanguardia de UC Berkeley.
Agradecemos enormemente el apoyo financiero del programa Herramientas y Tecnología del CIRM, que nos permitió construir, depurar y mejorar radicalmente la instrumentación de imágenes MPI que pronto se convertirá en una herramienta esencial para todos los científicos de células madre.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
La terapia con células madre tiene un enorme potencial para curar órganos dañados, incluido el páncreas diabético, el miocardio dañado después de un ataque cardíaco y el cerebro de los pacientes de Parkinson. Sin embargo, los científicos que trabajan con células madre carecen actualmente de un método de obtención de imágenes in vivo adecuado para garantizar que las células madre lleguen a estos órganos diana y permanezcan en ellos. Esto sería esencial para la adopción clínica de terapias con células madre. Unas imágenes sólidas de células madre permitirían optimizar los protocolos in vivo para administrar, mantener o promover la diferenciación de células madre en el órgano afectado, ya que cada paso puede validarse sin sacrificar al animal ni utilizar pruebas invasivas. Necesitamos que esto también funcione bien en humanos, porque un método sólido de obtención de imágenes de células madre permitiría probar el destino y el destino de las células madre, los cuales son cruciales para una eventual aprobación regulatoria, así como para la eficacia clínica.
Al comparar todas las modalidades de imágenes existentes para el seguimiento de células madre in vivo, incluidas las radiografías, la tomografía computarizada, la ecografía y la resonancia magnética, ninguna tiene el contraste, la sensibilidad y la resolución espacial adecuados en profundidad para proporcionar datos de seguimiento de células madre verdaderamente cuantitativos. Todos los métodos de obtención de imágenes ópticas sufren una atenuación severa.
Hace apenas 8 años se inventó un nuevo método de obtención de imágenes, llamado Imagen de Partículas Magnéticas (MPI). Mi laboratorio en UC Berkeley es uno de los pioneros de esta tecnología. La física MPI se adapta fundamentalmente mejor al seguimiento de células madre que los métodos de imágenes tradicionales (rayos X, tomografía computarizada, ultrasonido y resonancia magnética), y tiene el contraste, la sensibilidad y la seguridad necesarios para aplicaciones tanto en humanos como en animales pequeños. Fundamentalmente, no esperamos ninguna atenuación con la información magnética de las células madre en lo profundo del tejido. La física fundamental ofrece una sensibilidad mucho mayor que otros métodos de obtención de imágenes. Por lo tanto, los científicos de células madre se beneficiarán enormemente del desarrollo técnico de la obtención de imágenes de células madre con MPI.
Mi grupo de investigación en UC Berkeley ha diseñado y construido los cuatro escáneres de ratón MPI que existen actualmente en Estados Unidos. Este año hemos seguido logrando avances en la tecnología MPI, incluida la demostración del primer escaneo MPI de reconstrucción y proyección 3D del mundo. Específicamente para aplicaciones de seguimiento de células madre, hemos confirmado experimentalmente todas nuestras hipótesis físicas clave de MPI: la señal de MPI es positiva, lineal y cuantitativa con el recuento de células madre; la señal MPI no se atenúa cuando las células están profundamente dentro del tejido; y también confirmamos que MPI es muy sensible a las células madre marcadas. Y estamos mejorando rápidamente la única debilidad significativa restante del MPI, la resolución espacial, en colaboración con el Prof. Kannan Krishnan.
Más allá de estos logros de investigación y publicaciones, el año 3 de esta subvención RT2 ha hecho posible la formación de algunos de los mejores estudiantes de posgrado del mundo. Mis estudiantes de ingeniería están entusiasmados con las posibilidades iniciales de traducir los resultados de nuestra investigación en productos genuinos para que todos los científicos de células madre puedan beneficiarse de este esfuerzo de investigación de vanguardia de UC Berkeley.
Agradecemos enormemente el apoyo financiero del programa Herramientas y Tecnología del CIRM, que nos permitió construir, depurar y mejorar radicalmente la instrumentación de imágenes MPI que pronto se convertirá en una herramienta esencial para todos los científicos de células madre.
Período de información:
Año 4/NCE
Los órganos dañados como el páncreas diabético, el miocardio dañado después de un ataque cardíaco y el cerebro de los pacientes con Parkinson debilitan la calidad de vida y la salud de una persona. La terapia con células madre tiene un gran potencial para curar estos órganos dañados.
Desafortunadamente, los investigadores de células madre carecen actualmente de un método de obtención de imágenes in vivo adecuado para garantizar que las células madre lleguen a estos órganos diana y permanezcan en ellos. Este proceso es fundamental para la adopción clínica de terapias con células madre. Unas imágenes sólidas de células madre permitirían optimizar los protocolos in vivo para administrar, mantener o promover la diferenciación de células madre en el órgano afectado, ya que cada paso puede validarse sin sacrificar al animal ni utilizar pruebas invasivas. Necesitamos que esto también funcione bien en humanos, porque un método sólido de obtención de imágenes de células madre permitiría probar el destino y el destino de las células madre, los cuales son cruciales para una eventual aprobación regulatoria, así como para la eficacia clínica.
Al observar todas las modalidades de imágenes existentes para rastrear células madre in vivo, incluidas radiografías, tomografías computarizadas, ultrasonidos e imágenes por resonancia magnética, ninguna de estas modalidades tiene el contraste, la sensibilidad y la resolución espacial adecuados en profundidad para proporcionar células madre verdaderamente cuantitativas. datos de seguimiento. Todos los métodos de obtención de imágenes ópticas sufren una atenuación severa. Hace poco menos de una década se inventó un nuevo método de obtención de imágenes, llamado Imágenes de Partículas Magnéticas (MPI). Mi laboratorio en UC Berkeley es uno de los pioneros de esta tecnología. La física MPI se adapta fundamentalmente mejor al seguimiento de células madre que los métodos de imágenes tradicionales (rayos X, tomografía computarizada, ultrasonido y resonancia magnética), y tiene el contraste, la sensibilidad y la seguridad necesarios para aplicaciones tanto en humanos como en animales pequeños. Fundamentalmente, no esperamos ninguna atenuación con la información magnética de las células madre en lo profundo del tejido. La física fundamental ofrece una sensibilidad mucho mayor que otros métodos de obtención de imágenes. Por lo tanto, los científicos de células madre se beneficiarán enormemente del desarrollo técnico de la obtención de imágenes de células madre con MPI.
Mi grupo de investigación en UC Berkeley ha diseñado y construido los cuatro escáneres de ratón MPI que existen actualmente en Estados Unidos. Este año hemos seguido logrando avances en la tecnología MPI, incluida la demostración experimental de la técnica en animales pequeños. Hemos confirmado experimentalmente todas nuestras hipótesis físicas clave de MPI: la señal de MPI es positiva, lineal y cuantitativa con el recuento de células madre; la señal MPI no se atenúa cuando las células están profundamente dentro del tejido; y también confirmamos que MPI es muy sensible a las células madre marcadas.
Más allá de estos logros de investigación, el período de extensión sin costo de esta subvención RT2 ha hecho posible la formación de algunos de los mejores estudiantes de posgrado del mundo. Mis estudiantes de ingeniería están entusiasmados con las posibilidades iniciales de traducir los resultados de nuestra investigación en productos genuinos para que todos los científicos de células madre puedan beneficiarse de este esfuerzo de investigación de vanguardia de UC Berkeley.
Agradecemos enormemente el apoyo financiero del programa Herramientas y Tecnología del CIRM, que nos permitió construir, depurar y mejorar radicalmente la instrumentación de imágenes MPI que pronto se convertirá en una herramienta esencial para todos los científicos de células madre.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Imágenes de partículas magnéticas: un novedoso escáner de imágenes ultrasensible para el seguimiento de células madre in vivo
Resumen público:
Nuestro objetivo es desarrollar, probar y validar un escáner nuevo, sensible y asequible para rastrear la ubicación de células inyectadas en humanos y animales. Este nuevo método de escaneo, llamado Imágenes de Partículas Magnéticas, se utilizará en última instancia para rastrear la ubicación y viabilidad de las células madre dentro del cuerpo humano. Podría resolver uno de los mayores obstáculos para la terapia con hESC humana: la capacidad de rastrear células madre y ver si las células están prosperando y convirtiéndose en una célula que pueda mejorar la función de los órganos dañados.
Ninguno de los métodos actuales para rastrear células madre será útil para rastrear células madre a través de un ser humano vivo. La resonancia magnética es demasiado insensible y costosa. Si bien los métodos de obtención de imágenes ópticas (fluorescencia y luminiscencia) son útiles para estudios celulares bajo un microscopio, no todos ellos pueden producir imágenes de alta resolución a más de unos pocos mm de profundidad. Los métodos de imágenes nucleares implican radiación y ofrecen mala resolución. El ultrasonido tiene muchas obstrucciones y las etiquetas de células madre de burbujas de gas no persisten por mucho tiempo. Por lo tanto, deseamos desarrollar un nuevo método de imágenes diseñado para rastrear células madre en el cuerpo humano: imágenes de partículas magnéticas. Las imágenes de partículas magnéticas tienen una sensibilidad 200 veces mayor en comparación con la resonancia magnética, serán significativamente más asequibles y no requerirán un operador experto. Los escáneres de imágenes de partículas magnéticas, desarrollados apenas el año pasado, no están disponibles comercialmente. Nuestra resolución esperada es de 200 um con tiempos de escaneo de segundos por corte de imagen. Las pruebas in vitro iniciales muestran que la detección de 200 células es factible. De hecho, con los esfuerzos industriales en electrónica y agentes de contraste, la detección de células individuales puede ser factible. El método emplea nanopartículas superparamagnéticas aprobadas por la FDA (p. ej., Resovist o Ferumoxtran) para imágenes de partículas magnéticas.
Nuestros objetivos específicos son (1) construir un escáner de partículas magnéticas para ratones; (2) Optimizar el agente de contraste de nanopartículas MPI para resolución y sensibilidad espacial; (3) Validar el escáner MPI frente a histología con [ELIMINADO]; y (4) difundir nuestros diseños entre la comunidad de células madre.
Un escáner de células madre cuantitativo y de alta resolución asequible es absolutamente fundamental para que el campo de la terapia con células madre avance hasta los seres humanos. La investigación sobre mESC está financiada en gran medida por los NIH, pero nuestra investigación está motivada principalmente para rastrear hESC en humanos y, por lo tanto, es muy poco probable que sea financiada por el gobierno federal.
Declaración de beneficio para California:
La terapia con células madre tiene una enorme promesa de convertirse en una terapia viable para una variedad de enfermedades, incluidas las enfermedades cardíacas, la diabetes, los accidentes cerebrovasculares y el Parkinson. Si pudiéramos acelerar el desarrollo de estas terapias, sería de enorme beneficio para los ciudadanos de California, ya que ellos y sus familiares disfrutarían de mucha menos discapacidad. Además, reduciría en gran medida los costos de Medicaid para el Estado. Las enfermedades mencionadas anteriormente son las que generan mayores costos, medidas en términos de pérdida de productividad, pérdida de salarios y atención prolongada a los discapacitados. Un estudio de la Encuesta Nacional de Gastos de Medicaid de 1987 y la Encuesta del Panel de Gastos Médicos de 2000 mostró que las 15 afecciones médicas más costosas son (1) enfermedades cardíacas, 8%, (4) cáncer, 5%; (5) hipertensión, 4%; (7) enfermedad cerebrovascular, 3.5%; y (9) diabetes, 2.5%. Un obstáculo clave para la terapia con células madre es la incapacidad de rastrear las células madre a través del cuerpo humano. Esto significa que no hay otra manera (aparte de medir la función de los órganos) de determinar qué tan bien funciona la terapia. Teniendo en cuenta la cantidad de métodos de administración y la cantidad de desafíos para implementar células madre y luego convencerlas para que se diferencien y mejoren la función de los órganos, será imposible optimizar todo el proceso sin retroalimentación cuantitativa de imágenes para optimizar cada paso. Desafortunadamente, actualmente no existe ningún método aceptable para el seguimiento cuantitativo de células madre en todo el cuerpo humano. Nuestro nuevo método, llamado Imágenes de Partículas Magnéticas, parece muy prometedor para rastrear células madre in vivo. Además, será asequible y bastante sencillo de utilizar. Esta investigación requiere una colaboración entre ingenieros de instrumentos de imágenes, biólogos de células madre, expertos en nanopartículas y médicos. Afortunadamente, hemos podido formar ese equipo entre [ELIMINADO]. También hemos formado una colaboración clave con [ELIMINADO]. [ELIMINADO] está muy entusiasmado con esta audaz investigación, que podría abrir una rama completamente nueva de la tecnología de diagnóstico por imágenes para muchas aplicaciones médicas. Por lo tanto, estamos muy emocionados de comenzar esta investigación para que la tecnología básica esté disponible para ayudar a los biólogos de células madre a desarrollar los protocolos ideales para las terapias con células madre.
