Reconstrucción oral y craneofacial mediante células madre mesenquimales

El objetivo a largo plazo de esta propuesta es desarrollar un tratamiento basado en células madre para defectos importantes en las regiones orofaciales. La osteonecrosis de la mandíbula relacionada con los bifosfonatos (BRONJ) es un efecto secundario adverso descrito recientemente del tratamiento con bifosfonatos, y se estima que el 94% de los casos se reportan en pacientes oncológicos que reciben bifosfonatos (BP) que contienen nitrógeno por vía intravenosa. Debido a la falta de un modelo animal comprobable y a las limitadas muestras de tejido biológico, hasta la fecha, los mecanismos fisiopatológicos subyacentes a BRONJ siguen siendo en gran medida desconocidos. Hemos establecido con éxito modelos de minicerdos y ratones BRONJ tratados con dosis oncológicas de zolendronato (Zometa)/Dexametasona (Dex) que desarrollaron lesiones patológicas similares a BRONJ con características clínicas, radiográficas e histológicas similares a las descritas en la enfermedad humana. Estos modelos se utilizarán para comprender el mecanismo de BRONJ y encontrar enfoques terapéuticos apropiados para BRONJ. Aislamos una nueva población de células madre de la encía del tejido orofacial humano, una fuente de tejido fácilmente accesible desde la cavidad bucal, a saber, GMSC, que exhibió capacidades de clonogenicidad, autorrenovación y diferenciación multipotente. Lo más importante es que las GMSC eran capaces de realizar funciones inmunomoduladoras. La terapia celular que utiliza infusión sistémica de GMSC en la colitis experimental mejoró significativamente la gravedad tanto clínica como histopatológica de la inflamación del colon, restauró los tejidos mucosos gastrointestinales lesionados, revirtió la diarrea y la pérdida de peso y suprimió la actividad general de la enfermedad en ratones. El efecto terapéutico de hGMSC estuvo mediado, en parte, por la supresión de infiltrados inflamatorios y citocinas/mediadores inflamatorios en los sitios del colon. GMSC puede funcionar como un componente inmunomodulador y antiinflamatorio del sistema inmunológico in vivo y es una fuente celular prometedora para el tratamiento celular en enfermedades inflamatorias experimentales. En colaboración con investigadores de Taiwán, implantamos un tipo de OMSC (progenitores del ligamento periodontal, PDLP) autólogos para tratar la periodontitis, una enfermedad infecciosa por defecto óseo orofacial. Examinamos el resultado clínico de tres pacientes tratados con PDLP autólogo en un esfuerzo por proporcionar conocimientos primarios sobre la efectividad de este enfoque de tratamiento y evidencia clínica preliminar para ensayos controlados aleatorios en el futuro. El examen clínico indicó que la implantación local de PDLP puede proporcionar un beneficio terapéutico para los defectos periodontales. Todos los pacientes tratados no mostraron efectos adversos durante todo el seguimiento. Este estudio demostró evidencias clínicas y experimentales que respaldan la posible eficacia y seguridad de la utilización de células PDL autólogas en el tratamiento de la periodontitis humana.

Las células madre mesenquimales derivadas de huesos orofaciales (OMSC) humanas mostraron rasgos de diferenciación distintos de las células madre mesenquimales (MSC) derivadas de huesos largos; las OMSC de ratón no se han aislado debido a dificultades técnicas, lo que a su vez impide el uso de modelos de ratón para estudiar enfermedades orofaciales. Desarrollamos técnicas para aislar OMSC de ratón derivadas de mandíbulas y verificamos sus características de MSC mediante la formación de una sola colonia, diferenciación de múltiples linajes y regeneración de tejido in vivo. Los linfocitos T activados alteraron las OMSC a través de la vía Fas/ligando Fas, como ocurre en las MSC de huesos largos. Además, encontramos que las OMSC son distintas de las MSC de huesos largos con respecto a la regulación de la supervivencia y proliferación de los linfocitos T. Nuestros datos sugieren que las OMSC son una población única de MSC y tienen un papel en la inmunidad sistémica. El desarrollo embriológico y las fusiones de la compleja matriz de huesos y cartílagos en la región craneofacial han revelado que los mecanismos moleculares que controlan la esqueletogénesis en los huesos orofaciales son silenciosamente únicos y diferentes de los de los huesos axiales y apendiculares. La discrepancia en el desarrollo óseo entre los huesos orofaciales y los huesos axiales/apendiculares largos da lugar a enfermedades específicas en la región ósea orofacial, como la periodontitis, el querubismo y el síndrome de tumor mandibular hiperparatiroideo, que afectan únicamente a los huesos de la mandíbula. Por lo tanto, no es sorprendente encontrar que las OMSC humanas sean distintas de las BMMSC en términos de rasgos de diferenciación e inmunorregulación. La formación de hueso mediada por MSC implica tanto a las células del donante como a las del receptor, pero sólo las células del receptor contribuyen a la formación de elementos de la médula. Nuestro estudio sugiere que tanto las OMSC como las células huésped contribuyen a la formación de hueso in vivo. Las BMMSC expandidas ex vivo son capaces de suprimir la proliferación y actividad de los linfocitos T in vitro, lo que proporciona una base para utilizar el trasplante de BMMSC para tratar trastornos asociados a células T, como la enfermedad aguda de injerto contra huésped (EICH) en ratones y humanos. Además, encontramos apoptosis de BMMSC inducida por linfocitos T activados a través de la vía Fas/FasL. Nuestros datos sugieren que la activación de los linfocitos T inducida por OVX puede contribuir al daño de OMSC. Aunque la activación de los linfocitos T en la condición OVX es un factor importante para promover la función de los osteoclastos e inhibir la función de los osteoblastos, no podemos excluir otros factores que también pueden contribuir a la deficiencia de OMSC en ratones OVX. La propiedad inmunomoduladora está relacionada con un alto nivel de producción de NO inducido por IFN a través de una expresión mejorada de iNOS en BMMSC. En este informe, las OMSC de ratón mostraron un efecto supresor más fuerte sobre la proliferación de células T activadas por anticuerpos anti-CD3, pero solo inhibieron parcialmente la proliferación de células T mediante el anticuerpo anti-IFN y el inhibidor de iNOS, 1400W. Estas propiedades altamente inmunosupresoras de las OMSC pueden proporcionar una ventaja para la ingeniería de tejidos en la región orofacial. Sorprendentemente, las OMSC de ratón produjeron mayores cantidades de NO que las BMMSC de ratón, lo que indica que las OMSC responden más a la producción de NO inducida por citocinas inflamatorias. También descubrimos que las OMSC eran capaces de mantener los esplenocitos vírgenes, incluida la supervivencia de las células T, de manera más efectiva que las BMMSC. Por lo tanto, es necesario seguir dilucidando los mecanismos subyacentes de la interacción entre las OMSC y la inmunidad utilizando diversos modelos de ratón establecidos. Los bifosfonatos (BP) se han utilizado para el tratamiento clínico de enfermedades óseas con aumento de la resorción ósea, como la osteoporosis, y enfermedades malignas como el mieloma múltiple o las metástasis óseas. Sin embargo, cada vez hay más pruebas que asocian el tratamiento con bifosfonatos con la osteonecrosis de los maxilares. El mecanismo detallado de la osteonecrosis de los maxilares relacionada con los bifosfonatos (BRONM) no está claro y es muy difícil de tratar. En el presente estudio, generamos un modelo animal grande de BRONJ en cerdos en miniatura y los tratamos con transfusión alogénica de células madre mesenquimales de médula ósea (BMMSC). De los 9 cerdos miniatura que recibieron tratamiento con BP y extracción dental, 6 cerdos revelaron BRONJ con hueso expuesto. El nivel de células T CD4+CD25+, células T foxp3+ en la sangre periférica disminuyó, mientras que el nivel de células T γδ e IL-17 aumentó. Después de la infusión de MSC, se logró la curación de las mucosas y los huesos y se recuperaron los cambios en la inmunidad. Estos hallazgos obtenidos en un modelo animal grande clínicamente relevante de BRONJ proporcionan evidencia de la conexión entre el tratamiento con BP y la osteonecrosis de la mandíbula, así como del mecanismo basado en la inmunidad de BRONJ.

El objetivo a largo plazo de este estudio propuesto es explorar un nuevo tratamiento basado en células madre para defectos importantes en las regiones orofaciales. La osteonecrosis de la mandíbula relacionada con los bifosfonatos (BRONJ) es un efecto secundario adverso descrito recientemente del tratamiento con bifosfonatos, y se estima que el 94% de los casos se reportan en pacientes oncológicos que reciben bifosfonatos (BP) que contienen nitrógeno por vía intravenosa. Debido a la falta de un modelo animal comprobable y a las limitadas muestras de tejido biológico, hasta la fecha, los mecanismos fisiopatológicos subyacentes a BRONJ siguen siendo en gran medida desconocidos. Anteriormente establecimos el modelo de ratón BRONJ y descubrimos que las células T reguladoras pueden prevenir BRONJ en el modelo de ratón. Recientemente, establecimos un modelo preclínico de BRONJ en minicerdos y confirmamos que las células T reguladoras y las células Th17 contribuyen a la aparición de BRONJ. Para caracterizar aún más la terapia celular para los defectos orofaciales, generamos un modelo de necrosis del hueso de la mandíbula inducida por radiación en minicerdos y utilizamos la implantación de células madre mesenquimales (MSC) para curar la necrosis, lo que sugiere la posibilidad de usar terapia celular para el hueso de la mandíbula. regeneración. Para comprender mejor el mecanismo por el cual las MSC son capaces de regenerar huesos orofaciales, demostramos que la regeneración ósea basada en MSC es inhibida por las células T receptoras a través de IFN-gamma y TNF-alfa. El tratamiento local con aspirina puede bloquear la actividad de las células T y, por tanto, mejorar la regeneración ósea orofacial basada en MSC. Además, demostramos que la vía de señalización ERK controla la regeneración ósea mediada por MSC orofacial. El tratamiento con inhibidores de ERK1 ⁄ 2 rescató la deficiencia de diferenciación osteogénica inducida por bFGF. Finalmente, demostramos que el tratamiento con vitamina C mejoró la capacidad de regeneración ósea orofacial mediada por MSC en cerdos mini mediante la regulación positiva de la actividad de la telomerasa.

El objetivo de esta propuesta de subvención es caracterizar las células madre mesenquimales orofaciales y determinar la viabilidad de reconstruir los defectos orofaciales causados ​​por una variedad de enfermedades como la osteonecrosis de la mandíbula utilizando células madre mesenquimales. Nuestro estudio se centra en la caracterización de células madre mesenquimales, la generación de modelos de enfermedades y la regeneración ósea orofacial basada en células madre mesenquimales en modelos animales grandes. • Identificamos que la señalización de Erk1/2 regula tanto la regeneración ósea mediada por MSC como la inmunomodulación (manuscrito en preparación). • Demostramos que la inmunoterapia basada en MSC implica el acoplamiento mediante FasL/Fas para inducir la apoptosis de las células T (Akiyama et al., Cell Stem Cell 2012). • Hemos establecido un modelo preclínico de osteorradionecrosis mandibular (ORN) y hemos demostrado que la implantación basada en células madre mesenquimales puede curar la ORN en minicerdos (Xu et al., Cell Transplantation 2012). • Continuamos caracterizando la eficacia de la terapia basada en células madre mesenquimales para la osteonecrosis de la mandíbula asociada a bifosfonatos (BRONJ) en un modelo preclínico (manuscrito en preparación) y confirmamos algunos fenotipos clínicos en pacientes con BRONJ (Patel et al., Oral Diseases 2012).

El propósito de esta propuesta de subvención es caracterizar las células madre mesenquimales orofaciales y determinar la viabilidad de reconstruir los defectos orofaciales causados ​​por una variedad de enfermedades como la osteonecrosis de la mandíbula utilizando células madre mesenquimales. Nuestro estudio se centra en la caracterización de células madre mesenquimales, la generación de modelos de enfermedades y la regeneración de tejidos basada en células madre mesenquimales en modelos animales pequeños y grandes. • Identificamos que Erk1/2 regula respectivamente la inmunomodulación basada en MSC y la diferenciación osteogénica. • Demostramos que la inmunoterapia basada en MSC implica el acoplamiento mediante FasL/Fas para inducir la apoptosis de las células T. • Hemos establecido un modelo preclínico de osteorradionecrosis mandibular (ORN) y hemos demostrado que la implantación basada en células madre mesenquimales puede curar la ORN en minicerdos. • Continuamos caracterizando la eficacia de la terapia basada en células madre mesenquimales para la osteonecrosis de la mandíbula asociada a bifosfonatos (BRONJ) en un modelo preclínico (manuscrito en preparación) y confirmamos algunos fenotipos clínicos en pacientes con BRONJ. • Descubrimos que el entorno inflamatorio inhibe la formación ósea basada en MSC a través de TNF Alfa e IFN-Gamma.