Cartílago diseñado mediante ingeniería tisular a partir de células madre adultas (DIAS) autólogas y aisladas de la dermis.

La degeneración del cartílago resultante de lesiones o desgaste conduce a la osteoartritis, que afecta a millones y cuesta más de 65 mil millones de dólares al año. No existen soluciones a largo plazo para la degeneración del cartílago, pero las terapias celulares son prometedoras para reemplazar el cartílago degenerado con tejido sano. Este Premio a la Viabilidad del Candidato de Desarrollo es un primer paso hacia el objetivo general de desarrollar una terapia de reparación del cartílago basada en células utilizando células madre derivadas de la piel. La terapia consistiría en utilizar una biopsia de piel para recolectar células madre adultas (células DIAS) aisladas de la dermis, que se procesarán para producir neocartílago. Luego, este neocartílago se implantará en la articulación del paciente para restaurar o mejorar la movilidad. El trabajo durante este período del informe de progreso se ha dividido en preparación de proyectos y progreso científico. La preparación del proyecto incluye la creación de instalaciones y aprobaciones para trabajar con células humanas DIAS, la identificación de fuentes y la adquisición de piel humana para el aislamiento de células DIAS, y la contratación y capacitación de personal. El progreso científico incluye una publicación sobre cocultivos que utilizan células madre, trabajos para cultivar un mayor número de células utilizando baja tensión de oxígeno, comparar células madre de piel humana de diferentes ubicaciones anatómicas y comprender los nichos donde pueden residir las células madre de la piel. El proyecto cuenta ahora con una fuente constante de tejido dérmico humano del que se pueden aislar células madre. Esto incluye piel que contiene folículos pilosos y también piel sin folículos. Se ha realizado un cultivo esférico de células madre derivadas de la piel humana. Se descubrió que dirigir las células madre hacia las células que producen la matriz cartilaginosa puede ser más eficaz si se realiza con una tensión de oxígeno baja. Dado que gran parte del trabajo previo sobre cómo dirigir las células madre de la piel para formar neocartílago se ha realizado utilizando células madre de origen animal, en el próximo período del proyecto el neocartílago se formará utilizando células madre humanas. De este modo, las tecnologías desarrolladas utilizando modelos animales pueden trasladarse al uso humano.

Como resultado de lesiones o desgaste que conduce a la osteoartritis, la degeneración del cartílago es un problema que cuesta más de 65 mil millones de dólares al año. Para desarrollar una solución a largo plazo para este molesto problema, las terapias celulares prometen reemplazar el cartílago degenerado con tejido sano. Este Premio a la Viabilidad del Candidato de Desarrollo es un primer paso hacia el objetivo general de desarrollar una terapia de reparación del cartílago basada en células utilizando células madre derivadas de la piel. La terapia comenzaría con una biopsia de la propia piel del paciente para recolectar células madre adultas aisladas de la dermis (células DIAS), que se procesarán para producir neocartílago. Luego, este neocartílago se implantará en la articulación del paciente para restaurar o mejorar la movilidad. Durante este período de informe de progreso, se ha completado un hito importante. Anteriormente, las células DIAS se habían aislado de varios modelos animales, incluidos ovejas, cabras y conejos. La comparación de la piel animal y la piel humana mostró diferencias notables, incluida la morfología, la respuesta a la digestión enzimática y la velocidad a la que las células se adhieren al plástico del cultivo de tejidos. Como resultado, los protocolos que produjeron con éxito células DIAS utilizando modelos animales no pudieron aplicarse directamente para aislar células DIAS de la piel humana. Durante los primeros seis meses de este período de informe, se aislaron células DIAS humanas y se utilizaron para diseñar neocartílago. La caracterización de la población de células DIAS humanas mostró que las células compartían características similares con las células madre y progenitoras previamente identificadas por otros grupos como originarias de varios nichos de la piel. Se descubrió que las construcciones de neocartílago formadas con células DIAS humanas contenían el doble de glucosaminoglicanos y tres veces más colágeno; estos son componentes de la matriz extracelular del cartílago importantes para impartir función mecánica al tejido. Las construcciones de neocartílago generadas a partir de células DIAS humanas también contenían un módulo de compresión cinco veces mayor y cerca del doble del módulo de tracción de las construcciones generadas con células DIAS de oveja. La finalización de este importante hito permitió avanzar a los siguientes hitos de este premio. El segundo hito de este premio consiste en examinar la seguridad de las construcciones diseñadas en un modelo de animal pequeño. Para ampliar las construcciones que se utilizarán en un estudio con ratones atímicos, se realizó un experimento para finalizar nuestro protocolo para generar construcciones de células DIAS humanas, utilizando lo aprendido tanto del Hito 1 como de fuentes bibliográficas. Se examinaron tres métodos para generar construcciones de neocartílago. Si bien las construcciones resultantes no diferían en las propiedades mecánicas, un método produjo construcciones de tamaño más uniforme y mayor contenido de células y glucosaminoglicanos. Para los hitos 3 y 4, los estudios propuestos originalmente consistían en implantar construcciones de neocartílago autólogo en estudios con animales medianos y grandes para examinar la eficacia de la reparación. Para mejorar el potencial traslacional de este proyecto, CIRM ha solicitado que en su lugar se utilicen construcciones de neocartílago de origen humano. Para garantizar que las construcciones implantadas no sean rechazadas, el progreso durante este período de informe también incluye la identificación de métodos para inmunosuprimir modelos animales medianos y grandes. En resumen, el progreso durante este período de informe incluye la finalización del Hito 1 y el trabajo hacia todos los demás hitos de esta adjudicación. Además, hasta el momento se han publicado dos artículos para difundir los hallazgos científicos al público.

Las lesiones y la degeneración del cartílago articular eventualmente conducen a la osteoartritis, lo que cuesta $65 mil millones por año y afecta a más del 25% de los adultos mayores de 65 años. Este Premio de Viabilidad del Candidato de Desarrollo (DCF) busca abordar los defectos del cartílago clasificados por la Sociedad Internacional de Reparación de Cartílago (ICRS). ) como grados II-IV con la intención de detener la progresión del daño del cartílago antes de que cree cambios artríticos en los compartimentos articulares. La terapia comenzaría con una biopsia de la propia piel del paciente para recolectar células madre adultas aisladas de la dermis (células DIAS), que se procesarán para producir neocartílago. Luego, este neocartílago se implantará en la articulación del paciente para restaurar o mejorar la movilidad. El objetivo del proyecto no ha cambiado con respecto a los informes de progreso anteriores, aunque se propusieron nuevos hitos durante este período de informe y fueron aprobados por CIRM, como se describe a continuación. Se completó el Hito 1 y, después de informar los datos preliminares del Hito 2, se presentó una solicitud de aprobación previa con una descripción de los experimentos de ruta crítica para modificar los hitos, y también se presentó una extensión sin costo. Estos han sido aprobados por CIRM. Los nuevos hitos restantes por completar consisten en: tres estudios en ratones atímicos utilizando neocartílago humano DIAS generado a partir de prepucio, piel de mama y piel abdominal, de múltiples donantes (Milestone 2); un estudio para aplicar la rediferenciación agregada a células DIAS humanas para producir células con un fenotipo condrogénico (Hito 3), y el estudio en conejos aprobado inicialmente, utilizando células DIAS humanas y con un cronograma abreviado (Hito 4). Tal como se propuso y aprobó, los tres estudios con ratones atímicos están actualmente en curso. Se completó la parte del primer estudio con ratones, que utilizó células DIAS derivadas de la piel del seno. Los estudios que utilizan células DIAS derivadas de la piel abdominal y el prepucio están en camino de completarse en marzo y abril de 2016. El estudio de rediferenciación de agregación está actualmente en curso y aún no se han generado construcciones de neocartílago. Se está planificando un estudio en conejos para su componente de inmunosupresión. Además, durante el período que abarca este informe se publicó un artículo para difundir los hallazgos científicos entre el público.

Este premio de viabilidad del candidato de desarrollo (DCF) busca abordar los defectos del cartílago clasificados por la Sociedad Internacional de Reparación de Cartílago (ICRS) como grados II-IV con la intención de detener la progresión del daño del cartílago antes de que cree cambios artríticos en los compartimentos articulares. La importancia médica de este proyecto es que las lesiones y la degeneración del cartílago articular eventualmente conducen a la osteoartritis, que cuesta 65 mil millones de dólares al año y afecta a más del 25% de los adultos mayores de 65 años. La terapia prevista comenzaría con una biopsia de la propia piel del paciente para recolectar células madre adultas (células DIAS) aisladas de la dermis, que se procesarían para producir neocartílago. Este neocartílago luego se implantaría en la articulación del paciente para restaurar o mejorar la movilidad. Se completó el Hito 1 y, después de informar los datos preliminares del Hito 2, se presentó y aprobó una solicitud de aprobación previa con los hitos revisados. Éstos también ya se han completado. Para Milestone 2, se realizaron tres estudios en ratones atímicos utilizando neocartílago DIAS humano generado a partir de prepucio, piel de mama y piel abdominal de múltiples donantes para determinar si existía variabilidad debido a la ubicación anatómica y a los diferentes donantes. El objetivo era determinar si las construcciones diseñadas mantendrían la estabilidad, integridad y viabilidad in vivo sin provocar efectos adversos. Se encontró variabilidad anatómica y de donantes, y las células DIAS humanas derivadas del prepucio mostraban construcciones con el nivel más bajo de variabilidad de donantes; todas las construcciones derivadas del prepucio conservaron estabilidad, integridad y viabilidad. Independientemente de la ubicación anatómica y los donantes, ninguna construcción derivada de células DIAS provocó respuestas adversas del huésped. El hito 3 consistió en un estudio para aplicar la rediferenciación agregada a células DIAS humanas para producir células con un fenotipo condrogénico. La técnica de rediferenciación agregada, previamente optimizada en modelos animales, también ha demostrado eficacia con células madre mesenquimales derivadas de la médula humana. Aplicada a construcciones formadas utilizando células DIAS derivadas de prepucio humano, la rediferenciación agregada demostró ser eficaz para mejorar las propiedades bioquímicas y biomecánicas de las construcciones. Específicamente, las construcciones contenían más células y matriz extracelular. Las propiedades compresivas de las construcciones que se habían formado con células DIAS humanas rediferenciadas agregadas también fueron mayores que las de los controles. El hito 4 consistió en determinar si más del 75 % de las construcciones diseñadas conservarían la integridad mecánica después de la implantación ortotópica en un modelo de conejo. Las propiedades mecánicas de las construcciones diseñadas no eran lo suficientemente altas para sobrevivir al ciclo dentro de las rodillas de conejo ex vivo después de ser colocadas en defectos de cartílago. Es necesario realizar trabajos adicionales para fortalecer las construcciones de células DIAS humanas para la implantación; el objetivo sería alcanzar las propiedades mecánicas que actualmente se pueden lograr con células de cartílago diferenciadas derivadas de modelos animales.