Papel del microambiente en el destino y la tumorigénesis de iPS y NSC humanos

Las células madre neurales (NSC) multipotentes pueden derivarse de tejido del sistema nervioso central (SNC) adulto y fetal, células madre embrionarias (ESC) o iPSC y proporcionar una población celular parcialmente comprometida que no ha mostrado evidencia de tumorigénesis después de un trasplante a largo plazo del SNC. . Múltiples investigadores han demostrado que el trasplante de NSC de estas diferentes fuentes en diferentes paradigmas de lesiones y enfermedades del SNC promueve la recuperación o mejora la enfermedad. Además, tanto el Dr. Okano y el Dr. Los grupos de Anderson han demostrado que las NSC humanas trasplantadas en el período subagudo después de una lesión de la médula espinal promueven la recuperación funcional. Si bien el papel de la respuesta inmune del huésped se ha considerado en el contexto del rechazo inmunológico, predominantemente en relación con la respuesta de las células T, la consecuencia de una respuesta inflamatoria en curso dentro del contexto del microambiente tisular para el destino, la migración y la integración de las células. La eficacia se ha pasado por alto en gran medida. Fundamentalmente, la tumorigénesis, el destino, la migración y el potencial de integración/reparación de una célula madre están impulsados ​​por: 1) las propiedades intrínsecas de la programación celular, por ejemplo, el tipo y fuente de célula/medios utilizados para derivar la célula y el mantenimiento/ diferenciación de la célula in vitro; y 2) los factores extrínsecos que encuentra la célula. Las variaciones en las propiedades intrínsecas de la célula pueden afectar el potencial de esa célula para una proliferación incontrolada o la respuesta de la célula a factores extrínsecos que encuentra más tarde, definiendo su destino, migración y potencial de integración/reparación. El grupo Nakamura/Okano ha demostrado que las neuroesferas derivadas de iPS (iPS-NS) exhiben un grado sorprendentemente grande de variación en el potencial de tumorigénesis después del trasplante del SNC, que se correlaciona con la fuente de tejido, así como con la diferenciación y la capacidad de formación de NS. Además, las propiedades intrínsecas de las poblaciones de hNSC derivadas de diferentes fuentes celulares no se han caracterizado ampliamente; de hecho, la Dra. El grupo de Okano ha publicado los primeros datos en el campo que demuestran las diferencias en el destino y el potencial de integración/reparación entre neuroesferas primarias y secundarias generadas mediante diferenciación in vitro de ESC e iPSC de ratón o humano. Paralelamente, la Dra. El grupo de Anderson ha demostrado profundas diferencias en la respuesta de NSC derivadas de tejido fetal humano versus hESC a señales extrínsecas. En conjunto, estos datos sugieren que la caracterización de las propiedades intrínsecas de las NSC derivadas de diferentes fuentes es esencial para nuestra comprensión de la biología básica de estas células. La investigación de las moléculas y las vías de señalización que dirigen las decisiones de destino de las hNSC en el microambiente del SNC lesionado arrojará nuevos conocimientos sobre los mecanismos del destino y las decisiones de migración en estas poblaciones de células. El progreso ha sido excelente durante el primer año, al igual que la comunicación entre los grupos. El laboratorio Nakamura/Okada/Okano nos ha compartido y actualizado periódicamente sobre estos importantes hallazgos y el progreso del Objetivo 1 en la Universidad de Keio a través de correos electrónicos, conferencias telefónicas en vivo y reuniones cara a cara. La última reunión tuvo lugar en la Reunión Internacional de Células Madre en Toronto (ISSCR, junio de 2011), donde se comparten y discuten datos de seguridad y eficacia de los exámenes iniciales de numerosas líneas celulares hiPS, lo que tendrá un impacto significativo en qué líneas celulares trabajaremos. con los objetivos 2 y 3. Además, el laboratorio Anderson dio un paso adicional al centrarse en células libres de xenos para esta subvención, con el objetivo de avanzar en el conocimiento futuro de utilidad para la traducción clínica basada en la financiación CIRM. Las células libres de xeno son células que se cultivan en condiciones en las que no están expuestas a proteínas animales. Para lograr este objetivo, hemos realizado con éxito la transición de múltiples líneas ESC e iPSC a condiciones libres de xenos para ambos fines de mantenimiento, y hemos diferenciado con éxito estas líneas en un linaje de células madre neurales en condiciones paralelas. Además, al dar este paso, hemos mejorado significativamente la comparabilidad de diferentes líneas celulares en cuanto a propiedades intrínsecas e influencias extrínsecas, mejorando el impacto potencial de este trabajo para aumentar nuestra comprensión básica de la biología de las células madre y cómo aprovecharla. Finalmente, hemos realizado el primero de nuestros experimentos para probar el papel de las propiedades intrínsecas de las células en la definición de respuestas al microambiente in vitro e in vivo. Nuestros datos sugieren que existen claras diferencias en las propiedades intrínsecas entre líneas celulares, lo que es coherente con nuestra hipótesis inicial.

Aunque el papel de la respuesta inmune del huésped se ha considerado en el contexto del rechazo inmunológico, predominantemente en relación con la respuesta de las células T, la consecuencia de una respuesta inflamatoria en curso dentro del contexto del microambiente tisular para el destino, la migración y la integración de las células. La eficacia se ha pasado por alto en gran medida. Si bien los inmunosupresores clásicos alteran la respuesta de las células T, estos fármacos tienen un impacto mínimo en otras células inmunitarias, como los neutrófilos (leucocitos polimorfonucleares (PMN)) y los macrófagos (MAC)/microglia, que constituyen una parte importante del entorno del huésped después de lesiones traumáticas. al SNC, como la lesión de la médula espinal (SCI). En consecuencia, se sabe poco sobre la biología básica del microambiente del huésped o del microambiente inflamatorio para influir e interactuar con poblaciones de células madre endógenas o trasplantadas. Es fundamental comprender las moléculas y las vías de señalización que dirigen las elecciones de destino de las hNSC en el microambiente del SNC lesionado. Se probarán hNSC derivadas de hiPS-NSC y hESC. Por lo tanto, hemos establecido y caracterizado hiPS-NSC y hES-NSC derivados de múltiples orígenes y hemos probado el papel específico de las células inflamatorias innatas (es decir, PMN y macrófagos) y moléculas en el destino celular, la migración y la proliferación de estos hiPS-NSC y hES-NSC. líneas in vitro. Hasta ahora, estos datos han revelado claras diferencias intrínsecas específicas de líneas celulares en respuesta a factores inflamatorios, que investigaremos más a fondo en el próximo período de financiación tanto in vitro como in vivo.

El destino, la migración y el potencial de reparación de una célula madre están impulsados ​​por una combinación de propiedades intrínsecas, como el tipo, fuente y mantenimiento/diferenciación de la célula in vitro, así como factores extrínsecos que la célula encuentra en el organismo in vivo. ambiente, como las proteínas relacionadas con la inflamación o la matriz de crecimiento. Las variaciones en las propiedades intrínsecas de la célula pueden afectar el potencial de esa célula para una proliferación incontrolada o la respuesta de la célula a factores extrínsecos que encuentra en su entorno. Anteriormente hemos demostrado que las células madre neurales derivadas de tejido fetal humano son muy sensibles a señales inflamatorias extrínsecas in vitro e in vivo. En los estudios actuales, buscamos determinar si las poblaciones de células madre neurales derivadas de diferentes fuentes responden al mismo tipo de señales inflamatorias; en otras palabras, si estos factores extrínsecos afectan a las células madre como principio general. En consecuencia, buscamos caracterizar las propiedades intrínsecas de las células madre neurales derivadas de diferentes fuentes y expuestas a señales inflamatorias extrínsecas, incluidas las células pluripotentes inducidas y embrionarias humanas, como un componente esencial para la comprensión de la biología básica de las células madre. Descubrimos que, de hecho, todas las células madre neurales derivadas de poblaciones embrionarias y pluripotentes inducidas respondían a señales inflamatorias. Sin embargo, también encontramos que las propiedades intrínsecas de las líneas celulares ejercen un fuerte grado de control, lo que en algunos casos tiene consecuencias opuestas para la proliferación y el destino celular. Fundamentalmente, encontramos que las características in vitro de respuesta a señales inflamatorias extrínsecas eran predictivas de la forma en que diferentes poblaciones de células se comportaban in vivo después del trasplante. Estos datos pueden ofrecer una nueva oportunidad para examinar poblaciones de células madre in vitro para determinar su comparabilidad y las propiedades de traducción in vivo previstas, y revelar un conjunto nuevo y crítico de interacciones entre la programación celular intrínseca y la respuesta al medio ambiente.