Uso de células iPS (iPSC) para desarrollar nuevas herramientas para el tratamiento de la atrofia muscular espinal.

Este año hemos creado una gran cantidad de nuevas líneas de AME, hemos desarrollado formas de diferenciarlas en neuronas motoras utilizando platos de alto contenido y hemos comenzado a analizar la salud de las neuronas motoras a lo largo del tiempo. También hemos presentado un nuevo artículo que muestra que gran parte de la muerte celular observada en las neuronas motoras moribundas se debe a la apoptosis, una forma de muerte celular que se puede tratar con tipos específicos de fármacos. Ahora estamos utilizando estas nuevas líneas para comenzar a configurar pruebas de detección con bibliotecas de medicamentos y deberíamos poder iniciarlas en el nuevo año de financiación.

En este año hemos creado más líneas de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) de pacientes con atrofia muscular espinal, utilizando también células sanguíneas además de células de la piel. Las células sanguíneas de los pacientes suelen ser más accesibles. Como tal, esta técnica se puede utilizar para crear un banco más grande de líneas celulares similares. También hemos probado rigurosamente la calidad de todas las iPSC. Estas líneas ahora están disponibles para su distribución a otros investigadores de California junto con un certificado de análisis. Las neuronas motoras son un tipo de neurona que controla el movimiento muscular y están marcadamente destruidas en pacientes con AME. Para que estas poderosas células iPS de los pacientes sean útiles para descubrir nuevos medicamentos para la AME, es muy importante que podamos producir neuronas motoras a partir de iPSC en grandes cantidades, de millones a miles de millones. Sólo entonces será posible probar miles o millones de nuevos fármacos en neuronas de pacientes con AME. Con este fin, hemos creado un método para crear un tipo de célula predecesora de las neuronas motoras humanas a partir de iPSC humanas en una placa de Petri. Estas células predecesoras, conocidas como esferas precursoras de neuronas motoras (iMNPS), crecen como grupos de bolas esféricas flotantes, cada una de las cuales contiene miles de células que crecen en grandes cantidades repetidamente durante largos períodos de tiempo. Hemos creado estos iMNPS a partir de muchos pacientes con AME, así como de seres humanos sanos. Estas esferas se pueden conservar durante un largo período de tiempo congelándolas a temperaturas muy bajas. Luego se despiertan más tarde, lo que hace que sea conveniente para probar una gran cantidad de medicamentos. Dado que las iPSC tienen el poder de producir cualquier tipo de célula en el cuerpo humano, también pueden contaminarse con otros tipos de células no deseadas. Normalmente, esta técnica es muy difícil de lograr en células madre pluripotentes, como las embrionarias y las iPSC. Por lo tanto, hemos diseñado un esquema más eficiente para generar líneas de iPSC de pacientes con AME que se volverán de color fluorescente (verde, rojo o azul) cuando las neuronas motoras se fabriquen a partir de iPSC. Este tipo de células se conocen como líneas celulares reporteras. Esto ayudará a seleccionar el tipo de célula deseado de las iPSC del paciente, en este caso una neurona motora, y descartar cualquier tipo de célula no deseada. Esto simplificará enormemente las pruebas de nuevos fármacos en las neuronas motoras de pacientes con AME. La deficiencia de una proteína importante en pacientes con AME es una de las causas clave del curso de la enfermedad. También hemos diseñado un método automatizado para identificar nuevos fármacos en las neuronas motoras de los pacientes que probará la corrección de los niveles de proteína SMN en las neuronas motoras.

En el año 3 completamos la fabricación de todas las líneas de iPSC de pacientes con atrofia muscular espinal. Probamos rigurosamente la calidad de todas las iPSC. Estas líneas ahora están disponibles para su distribución a otros investigadores de California junto con un certificado de control de calidad. Las neuronas motoras son un tipo de neurona que controla el movimiento muscular y están marcadamente destruidas en pacientes con AME. Para que estas poderosas células iPS de los pacientes sean útiles para descubrir nuevos medicamentos para la AME, es muy importante que podamos fabricar neuronas motoras a partir de iPSC en miles de millones y repetidamente. Sólo entonces será posible probar miles o millones de nuevos fármacos en neuronas de pacientes con AME. Con este fin, hemos creado un método para crear un tipo de célula predecesora de las neuronas motoras humanas a partir de iPSC humanas en una placa de Petri. Estas células predecesoras, conocidas como esferas precursoras de neuronas motoras (iMPS), crecen como grupos de bolas esféricas flotantes, cada una de las cuales contiene miles de células que crecen en grandes cantidades repetidamente durante largos períodos de tiempo. Ahora hemos probado nuestro método en múltiples células de pacientes y hemos caracterizado estas esferas. Los iMPS ahora se han producido a partir de muchos pacientes con AME, así como de seres humanos sanos. El siguiente paso que hemos desarrollado es utilizar el iMPS para producir neuronas motoras similares a las afectadas en los niños con AME. Luego hemos descubierto un método para crearlos rápidamente. Estas esferas agregadas y las neuronas motoras de la médula espinal que contienen se pueden conservar durante un largo período de tiempo congelándolas a temperaturas muy bajas. Luego se despiertan más tarde, lo que hace que sea conveniente para probar una gran cantidad de medicamentos. Dado que las iPSC tienen el poder de producir cualquier tipo de célula en el cuerpo humano, también pueden contaminarse con otros tipos de células no deseadas. Normalmente, esta técnica es muy difícil de lograr en células madre pluripotentes, como las embrionarias y las iPSC. Por lo tanto, hemos diseñado un esquema más eficiente para generar líneas de iPSC de pacientes con AME que se volverán de color fluorescente (verde, rojo o azul) cuando las neuronas motoras se fabriquen a partir de iPSC. Este tipo de células se conocen como líneas celulares reporteras. Esto ayudará a seleccionar el tipo de célula deseado de las iPSC del paciente, en este caso una neurona motora, y descartar cualquier tipo de célula no deseada. Esto simplificará enormemente las pruebas de nuevos fármacos en las neuronas motoras de pacientes con AME. Utilizando nuevas tecnologías que pueden editar, cortar, copiar y pegar ADN nuevo en el genoma de las células madre, también estamos desarrollando formas de diseñar líneas de células iPS que etiquetarán las neuronas motoras cuando se produzcan. Esto nos permitirá otro método para crear neuronas motoras puras y rastrearlas en un plato entre otros tipos de células mientras están vivas. La deficiencia de una proteína SMN importante en pacientes con AME es una de las causas clave del curso de la enfermedad. Se ha desarrollado un método automatizado para identificar qué causa que las neuronas SMA se enfermen y probar nuevos fármacos en las neuronas motoras. Ahora nos estamos preparando para probar alrededor de 1400 compuestos conocidos en las neuronas motoras de los pacientes para determinar si podemos aumentar los niveles de proteína SMN en las neuronas motoras.

El objetivo de este proyecto ya se ha alcanzado. Hemos desarrollado una nueva plataforma de detección utilizando neuronas motoras de células madre pluripotentes inducidas extraídas de niños con atrofia muscular espinal. A través de esta tecnología, hemos analizado miles de compuestos y hemos mostrado un pequeño subconjunto que activa la expresión genética y mejora la supervivencia de las neuronas motoras en este modelo. Estos compuestos ahora pasarán a la siguiente etapa de validación. Esta financiación nos ha permitido completar el desarrollo de esta herramienta/tecnología y nos coloca en una posición sólida para continuar estos estudios y el proceso de desarrollo de fármacos para llevar fármacos interesantes al mercado para la atrofia muscular espinal.