La identificación y el aislamiento de células cardíacas puras derivadas de células madre pluripotentes humanas ha demostrado ser una tarea difícil. Hemos diseñado un método para diseñar genéticamente células madre embrionarias humanas hESC para albergar una etiqueta que se expresa durante la maduración secuencial de las células cardíacas. Esto nos permitirá aislar prospectivamente células cardíacas en diferentes etapas de desarrollo para su posterior caracterización y trasplante. Utilizando este método, hemos seleccionado proteínas que se expresan en la superficie de las células como marcadores. El uso de anticuerpos contra estos marcadores de superficie permite el aislamiento de estas células mediante técnicas de clasificación celular. Hasta ahora, hemos identificado dos marcadores de superficie que pueden usarse para aislar progenitores cardíacos tempranos. Utilizando estos marcadores, nos hemos enriquecido con células cardíacas a partir de hESC diferenciadoras y hemos caracterizado sus propiedades tanto en la placa como en animales pequeños. Planeamos trasplantar estas células en modelos animales grandes y monitorear su supervivencia, expansión e integración en el miocardio del huésped. Se utilizan técnicas de imágenes moleculares para rastrear estas células tras el trasplante.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
Las células madre pluripotentes (PSC) albergan varias características atractivas para la medicina regenerativa: son capaces de autorrenovarse y tienen la capacidad de diferenciarse en el linaje tisular de las tres capas germinales. El objetivo general de esta subvención es desarrollar nuevas tecnologías que puedan facilitar la generación de progenitores cardiovasculares que, tras el trasplante, sean capaces de integrarse en el tejido huésped y funcionar como parte del miocardio normal sin efectos adversos.
Varios ensayos clínicos de terapia celular han generado entusiasmo sobre el potencial de las células madre adultas para tratar enfermedades cardíacas. Sin embargo, ningún estudio ha confirmado aún la entrega de una población pura de células madre capaces de una regeneración sólida del miocardio lesionado. Además, se desconocen las propiedades eléctricas de las células injertadas viables. Si bien las células madre adultas aún no han logrado regenerar de manera convincente el tejido miocárdico, las células madre embrionarias humanas (hESC) han demostrado ser una fuente potencial e ilimitada para la regeneración de cardiomiocitos. La mayoría de los intentos de aislar células trasplantables a partir de hESC han tenido como objetivo aislar células maduras. Los cardiomiocitos maduros han pasado la etapa de autorrenovación y pueden plantear problemas por falta de una integración adecuada. Los progenitores cardiovasculares, por otro lado, podrían adaptarse al microambiente para una integración óptima en el tejido huésped y residir allí durante toda la vida del paciente.
Hemos empleado tecnología de edición de genes para generar nuevas líneas de hESC, en las que las proteínas indicadoras fluorescentes se expresan solo en células cardíacas. Por lo tanto, tras la diferenciación de hESC hacia el linaje cardíaco, se expresa secuencialmente un color fluorescente distinto en cada etapa del desarrollo cardiovascular. Hemos aislado estas células y hemos realizado análisis detallados para caracterizar completamente su potencial de desarrollo. Hemos realizado un análisis de expresión genética global para identificar nuevos biomarcadores exclusivos de poblaciones cardíacas específicas.
Además, hemos trasplantado progenitores cardiovasculares (en diferentes estadios de desarrollo) y cardiomiocitos maduros en modelos animales. Hemos demostrado el injerto de estas células en el corazón del huésped, aunque con una eficiencia muy baja. Además, hemos demostrado que el trasplante de progenitores cardiovasculares inmaduros puede generar cardiomiocitos además de células de soporte como las células endoteliales vasculares y los fibroblastos. Estos resultados resaltan el beneficio potencial de las células progenitoras para generar otros tipos de células que contribuyan a la regeneración del corazón.
Un desafío importante para la traducción clínica de células madre para la regeneración del corazón es la falta de datos sobre la integración de las células trasplantadas en el corazón huésped. . Es posible que las células trasplantadas no logren acoplarse fisiológicamente con el tejido huésped, o que modifiquen el sustrato de tal manera que se cree un foco proarrítmico. Como analogía, consideremos la actuación de una gran orquesta sinfónica que es interrumpida por varios miembros que tocan de forma aislada. Como tal, las células injertadas en el corazón también pueden ser una fuente ectópica de actividades, promoviendo eventos arrítmicos. Se trata de cuestiones críticas que deben abordarse en detalle en los modelos animales adecuados antes de poder llevar a cabo cualquier aplicación clínica. Planeamos investigar el grado de integración estructural y funcional de las células trasplantadas en el corazón del huésped.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
Las células madre pluripotentes (PSC) albergan varias características atractivas para la medicina regenerativa: son capaces de autorrenovarse y tienen la capacidad de diferenciarse en el linaje tisular de las tres capas germinales. El objetivo general de esta subvención es desarrollar nuevas tecnologías que puedan facilitar la generación de progenitores cardiovasculares que, tras el trasplante, sean capaces de integrarse en el tejido huésped y funcionar como parte del miocardio normal sin efectos adversos.
Varios ensayos clínicos de terapia celular han generado entusiasmo sobre el potencial de las células madre adultas para tratar enfermedades cardíacas. Sin embargo, ningún estudio ha confirmado aún la entrega de una población pura de células madre capaces de una regeneración sólida del miocardio lesionado. Además, se desconocen las propiedades eléctricas de las células injertadas viables. Si bien las células madre adultas aún no han logrado regenerar de manera convincente el tejido miocárdico, las células madre embrionarias humanas (hESC) han demostrado ser una fuente potencial e ilimitada para la regeneración de cardiomiocitos. La mayoría de los intentos de aislar células trasplantables a partir de hESC han tenido como objetivo aislar células maduras. Los cardiomiocitos maduros han pasado la etapa de autorrenovación y pueden plantear problemas por falta de una integración adecuada. Los progenitores cardiovasculares, por otro lado, podrían adaptarse al microambiente para una integración óptima en el tejido huésped y residir allí durante toda la vida del paciente.
Hemos empleado tecnología de edición de genes para generar nuevas líneas de hESC, en las que las proteínas indicadoras fluorescentes se expresan solo en células cardíacas. Por lo tanto, tras la diferenciación de hESC hacia el linaje cardíaco, se expresa secuencialmente un color fluorescente distinto en cada etapa del desarrollo cardiovascular. Nuestros datos muestran que el aislamiento celular mediante clasificación mecánica de células ejerce un efecto nocivo sobre las células, comprometiendo su viabilidad. Por lo tanto, hemos desarrollado un método novedoso en el que las células cardíacas de interés albergan un gen resistente a los antibióticos. Por lo tanto, el tratamiento de estas células con un antibiótico da como resultado la selección de las células cardíacas deseadas y al mismo tiempo elimina todas las células contaminantes no deseadas. Hemos aislado estas células y hemos realizado análisis detallados para caracterizar completamente su potencial de desarrollo. Hemos realizado un análisis de expresión genética global para identificar nuevos biomarcadores exclusivos de poblaciones cardíacas específicas.
Hemos iniciado estudios preclínicos de trasplante de progenitores cardiovasculares (en diferentes estadios de desarrollo) y cardiomiocitos maduros en modelos animales. Hemos demostrado el injerto de estas células en el corazón del huésped, aunque con una eficiencia muy baja. Además, hemos demostrado que el trasplante de progenitores cardiovasculares inmaduros puede generar cardiomiocitos además de células de soporte como las células endoteliales vasculares y los fibroblastos. Estos resultados resaltan el beneficio potencial de las células progenitoras para generar otros tipos de células que contribuyan a la regeneración del corazón. Un desafío importante para la traducción clínica de células madre para la regeneración del corazón es la falta de datos sobre la integración de las células trasplantadas en el corazón huésped. . Es posible que las células trasplantadas no logren acoplarse fisiológicamente con el tejido huésped, o que modifiquen el sustrato de tal manera que se cree un foco proarrítmico. Como analogía, consideremos la actuación de una gran orquesta sinfónica que es interrumpida por varios miembros que tocan de forma aislada. Como tal, las células injertadas en el corazón también pueden ser una fuente ectópica de actividades, promoviendo eventos arrítmicos. Se trata de cuestiones críticas que deben abordarse en detalle en los modelos animales adecuados antes de poder llevar a cabo cualquier aplicación clínica. Estamos en el proceso de desarrollar modalidades de imágenes para investigar el grado de integración estructural y funcional de las células trasplantadas en el corazón del huésped.
Período de información:
Los estudiantes de Year 5
El corazón humano tiene una capacidad regenerativa limitada. Por lo tanto, una lesión cardíaca grave conduce a fibrosis y posterior remodelación del corazón y desarrollo de insuficiencia cardíaca. Las células madre embrionarias humanas (hESC) pueden diferenciarse en células cardíacas y pueden proporcionar una fuente para restaurar la función cardíaca después de una lesión. El premio CIRM New Faculty Award nos permitió examinar este tema detenidamente. Generamos con éxito células especializadas del músculo cardíaco (denominadas cardiomiocitos) a partir de hESC. Realizamos una caracterización completa de estas células, incluidas sus propiedades eléctricas y los genes y proteínas que expresan a medida que se desarrollan desde un estado progenitor hasta cardiomiocitos maduros.
Teniendo en cuenta que el corazón tiene diferentes tipos de cardiomiocitos en sus diferentes compartimentos, generamos líneas hESC que expresan una proteína indicadora fluorescente distinta al diferenciarse en diferentes tipos de cardiomiocitos. Esta estrategia permitió aislar los diferentes tipos de cardiomiocitos y evaluar sus propiedades tanto en placa como en modelos de animales pequeños. También hemos realizado estudios de trasplantes en modelos animales de gran tamaño, utilizando cerdos ya que su fisiología cardíaca se parece mucho a la del corazón humano. Trasplantamos aproximadamente 400 millones de cardiomiocitos derivados de hESC en corazones de cerdo mientras los manteníamos en terapia inmunosupresora. Ocho semanas después del trasplante, notamos el injerto de las células trasplantadas con grandes parches de músculo que podrían mejorar potencialmente la función cardíaca.
Creemos que hemos hecho una contribución significativa a este campo y nuestros resultados son muy prometedores. Planeamos continuar estos estudios y pasar a estudios preclínicos mediante la preparación de un andamio diseñado con tejidos que contenga millones de cardiomiocitos del ventrículo izquierdo para trasplantarlos a animales grandes después de un infarto de miocardio experimental. Somos optimistas en cuanto a que nuestros hallazgos cambiarán la práctica clínica en un futuro próximo.
Período de información:
NCE (Año 6)
El corazón humano tiene una capacidad regenerativa limitada. Por lo tanto, una lesión cardíaca grave conduce a fibrosis y posterior remodelación del corazón y desarrollo de insuficiencia cardíaca. Las células madre embrionarias humanas (hESC) pueden diferenciarse en células cardíacas y pueden proporcionar una fuente para restaurar la función cardíaca después de una lesión. El premio CIRM New Faculty Award nos permitió examinar este tema detenidamente. Generamos con éxito células especializadas del músculo cardíaco (denominadas cardiomiocitos) a partir de hESC. Realizamos una caracterización completa de estas células, incluidas sus propiedades eléctricas y los genes y proteínas que expresan a medida que se desarrollan desde un estado progenitor hasta cardiomiocitos maduros.
Teniendo en cuenta que el corazón tiene diferentes tipos de cardiomiocitos en sus diferentes compartimentos, generamos líneas hESC que expresan una proteína indicadora fluorescente distinta al diferenciarse en diferentes tipos de cardiomiocitos. Esta estrategia permitió aislar los diferentes tipos de cardiomiocitos y evaluar sus propiedades tanto en placa como en modelos de animales pequeños. También hemos realizado estudios de trasplantes en modelos animales de gran tamaño, utilizando cerdos ya que su fisiología cardíaca se parece mucho a la del corazón humano. Trasplantamos aproximadamente 400 millones de cardiomiocitos derivados de hESC en corazones de cerdo mientras los manteníamos en terapia inmunosupresora. Ocho semanas después del trasplante, notamos el injerto de las células trasplantadas con grandes parches de músculo que podrían mejorar potencialmente la función cardíaca.
Creemos que hemos hecho una contribución significativa a este campo y nuestros resultados son muy prometedores. Somos optimistas en cuanto a que nuestros hallazgos cambiarán la práctica clínica en un futuro próximo.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Evaluación preclínica de progenitores cardiovasculares derivados de células madre embrionarias humanas
Resumen público:
Debido a que la capacidad regenerativa del corazón adulto es limitada, cualquier pérdida sustancial de células como resultado de un ataque cardíaco es en su mayor parte irreversible y puede conducir a una insuficiencia cardíaca progresiva. Las células madre pluripotentes humanas pueden diferenciarse en células cardíacas, pero sus propiedades cuando se trasplantan a un corazón lesionado siguen sin resolverse. Proponemos realizar una evaluación preclínica para el trasplante de células cardíacas derivadas de células madre pluripotentes en el corazón lesionado de un modelo animal apropiado. Sin embargo, una cuestión importante que ha limitado el progreso hacia el uso clínico es su destino tras el trasplante; es decir, si son capaces de integrarse a su nuevo entorno o funcionarán de forma aislada a su propio ritmo. Como analogía, la interpretación de una sinfonía puede convertirse en un caos si un miembro toca aislado de todas las señales circundantes. Por lo tanto, es importante determinar si las células trasplantadas pueden latir en armonía con el resto del corazón y si estas células proporcionarán un beneficio funcional al corazón lesionado. Planeamos aislar células cardíacas derivadas de células madre pluripotentes humanas, trasplantarlas al corazón lesionado del modelo, determinar si dan como resultado una mejora de la función cardíaca y realizar estudios electrofisiológicos detallados para determinar su integración en el tejido huésped. El éxito del proyecto propuesto sentará la plataforma para futuros ensayos clínicos de terapia con células madre para enfermedades cardíacas.
Declaración de beneficio para California:
Las enfermedades cardíacas siguen siendo la principal causa de mortalidad y morbilidad en los EE. UU. con un costo anual estimado de más de 300 mil millones de dólares. Sólo en California, más de 70,000 personas mueren cada año a causa de enfermedades cardiovasculares. A pesar de los importantes avances en los tratamientos para pacientes con insuficiencia cardíaca, que se debe principalmente a la pérdida celular tras una lesión del miocardio, la tasa de mortalidad sigue siendo alta. Las células madre embrionarias humanas (hESC) y las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) podrían proporcionar una opción terapéutica atractiva para tratar a pacientes con corazón dañado. Proponemos aislar células cardíacas de hESC y trasplantarlas en el corazón de un modelo animal lesionado y estudiar su destino. En el proceso, desarrollaremos reactivos que pueden ser muy valiosos para futuras investigaciones y estudios clínicos. Los reactivos generados en estos estudios pueden ser patentados formando un portafolio de propiedad intelectual compartido por el estado y la institución donde se realiza la investigación. Lo más importante es que la investigación propuesta en esta solicitud podría conducir a futuras terapias basadas en células madre que restaurarían la función cardíaca después de un ataque cardíaco. Esperamos que los hospitales y las entidades de atención médica de California sean los primeros en recibir ensayos y terapias. Por lo tanto, California se beneficiará económicamente y ayudará a promover una atención médica novedosa.
