Post on 24-Apr-2020
MEDICINA REGENERATIVA
Es la rama de labioingeniería que se sirve dela combinación de células,métodos de ingeniería demateriales y bioquímica paramejorar o remplazarfunciones biológicas.
Su propósito no essolamente “remplazar”, sinotambién recuperar lafuncionalidad perdida ya seaproporcionando elementosnecesarios para “reparar” invivo, o estimulando lacapacidad de regeneraciónintrínseca del propioorganismo.
SEÑALES DE AVANCE
Enfermedades cardiacas
Leucemia
Artritis reumatoide
Enfermedad deParkinson
Diabetes Tipo I
Ejemplos de tecnologías de medicina regenerativa
• Hígado Bioartificial - muchos de los esfuerzos de investigación han producido ayuda hepática usando hepatocitos vivos.
• Páncreas artificial - las investigaciones engloban el uso de islotes de Langerhan spara producir y regular insulina, particularmente en casos de diabetes.
• Vejigas artificiales - En la Wake ForestUniversity se ha conseguido implantar con éxito vejigas desarrolladas artificialmente en siete de 20 humanos, dentro de un experimento a muy largo plazo.
• Cartílago - tejido cultivado en laboratorio ha sido usado con éxito para reparar cartílago de rodilla.
HISTORIA • 1916: Danchakoff; describió las
células madre hematopoyéticas
• 1988: 1er. Trasplante de células madre adultas de un cordón umbilical
• 1994: Aislamiento de
células madre embrionarias
• 1998: James Thomson;
primero en derivar líneas de células madre embrionarias humanas
Retos de la medicina regenerativa
• Estimular la regeneración de tejidos
• Ralentizar el envejecimiento
• Reparar lesiones y traumatismos
• Generar órganos en el laboratorio.
Cicatriz
• Llena defectos
• Restablece la continuidad morfológica
Pero...
• Sustituye células funcionales especializadas por tejido conectivo que carece de función.
CÉLULAS MADRE
• Célula que tiene lacapacidad de dividirsepor períodosindefinidos.
• Pueden dar origen adiferentes tipos decélulas y funcionesespecializadas.
La medicina regenerativa in vitro
• Conocimiento de la célula para garantizar su supervivencia,crecimiento e incentivar su funcionalidad.
• Condiciones básicas: oxígeno, pH, humedad,temperatura, nutrientes y el mantenimiento de la Presiónosmótica.
• Introducción de factores de estimulación cuando elmantenimiento del cultivo no es suficiente; factores decrecimiento, hormonas, nutrientes, estímulos químicos yfísicos son en ocasiones necesarios.
• Biorreactores: El uso de biorreactores permite el controlpreciso y continuo de las condiciones de cultivo celular ypermiten también introducir diferentes estímulos al cultivode tejidos.
Clasificación de las células madre de acuerdo al tejido de
procedencia
Células madre embrionarias
Células madre adultas
Formas de Clasificación
Clasificación por origenCÉLULAS MADRE ADULTAS:•Las células madre adultas son aquellas que tienen la capacidad de ‘clonarse’ y crear copias de simismas para regenerar órganos y tejidos. Sin embargo, son un tipo de célula no diferenciada, por loque sólo pueden reparar los daños de sus propios tejidos.•En las personas adultas existen alrededor de 20 tipos distintos de células madre adultas, que sonlas encargadas de regenerar tejidos en continuo desgaste (como la piel o la sangre) o dañados(como el hígado).•Las células madre adultas más conocidas y empleadas en la medicina desde hace tiempo sonlas células madre hematopoyéticas de médula ósea, que son las encargadas de la formación de lasangre.
CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS:•Las células madre embrionarias son aquellas que forman parte de la masa celular interna deun embrión de 4-5 días de edad y que tienen la capacidad de formar todos los tipos celulares de unorganismo adulto.•Pueden mantenerse (en el embrión o en determinadas condiciones de cultivo) de forma indefinida,formando al dividirse una célula idéntica a ellas mismas, y manteniendo una población estable decélulas madre.•Existen técnicas experimentales donde se pueden obtener células madre embrionarias sin que estoimplique la destrucción del embrión.
OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS
Quinto día
ESTADÍO DE BLASTOCISTO
CÉLULAS DE LA MASA CELULAR INTERNA
CÉLULAS PLACENTARIAS
Células madre embrionarias(clonación terapéutica)
1- Introducción de un núcleo diploide dela célula del paciente dentro de unovocito enucleado.
2- El ovocito se activa y el cigoto sedivide para transformarse en blastocisteque contiene el ADN del donante
3- El blastociste se disocia para obtenercélulas madre embrionarias.
4- Estas células son capaces dediferenciarse en variados tejidos ya seapor cultivo o por trasplante dentro delórgano dañado del donante.
CÉLULAS MADRE ADULTAS
• Se encuentran en la mayoría de los tejidos de un individuo totalmente desarrollado.
¿ Las células madre adultas, limitadas a dar origen solo a células de su misma procedencia ?
“FENÓMENO DE PLASTICIDAD O TRANSDIFERENCIACIÓN”
Es la capacidad que adquierenlas células madre adultas dediferenciase en células detejidos distintos de aquel conel cual la célula madre seencuentra aparentementecomprometida.
Células madre hematopoyéticas
Células madreneuronales
Mecanismos para establecereste fenómeno:
• Heterogeneidad de las célulasmadre presentes en unapoblación celular.
• Fusión de las células madretrasplantadas con las célulasespecíficas residentes en unórgano.
• Consumación de un proceso dedesdiferenciación yrediferenciación celular.
• Persistencia de células madreadultas con capacidad multi opluripotencial.
Las células madreadultasVentajas: Estas células•Ya están más o menos especializadas: Lainducción puede ser más sencilla.•Son inmunológicamente resistentes•Son flexibles: Las células madre adultaspueden ser usadas para formar otros tiposde tejido.•Tienen una disponibilidad variada
Desventajas: Ellas pueden:•Estar disponibles en cantidades mínimas:Es difícil obtenerlas en grandes cantidades.•Finitas: Ellas no viven tan largo bajo cultivocomo las células madre embrionarias.•Genéticamente inadecuadas
Las células madre embrionarias:Ventajas: Estas células son: •Flexibles: Poseen el potencial de formar cualquier célula del cuerpo. •Inmortales•Fácilmente obtenibles
Desventajas: Ellas pueden: •Ser difíciles de controlar •Entrar en conflicto con el sistema inmune del paciente: Es posible que las células trasplantadas difieran en su perfil inmune de las del recipiente y que sean entonces rechazadas.•Ser éticamente controversiales
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Clasificación por potencialidad
• Las células madre totipotentes pueden crecer y formar un organismo completo, pueden formar todo los tipos celulares.
• Las células madre pluripotentes no
pueden formar un organismo completo, pero
sí cualquier otro tipo de célula
correspondiente a los tres linajes
embrionarios. Pueden, formar linajes
celulares.
• Las células madre multipotentes
son aquellas que sólo pueden generar
células de su misma capa.
• Las células madre unipotentes
pueden formar únicamente un tipo de
célula particular.
Uso de células para reparación de tejidos
• Stem cells para reparar tejido cardiaco
• OEG para reparar tejido nervioso
Dogma” el corazón es un tejido terminal, sin capacidad de autorenovación.”
• Existen evidencias de que el miocardio puede regenerarse a partir de células madre cardiacas
• Los miocitos cardiacos pueden dividirse durante la vida adulta
• El remodelado cardiaco, en el caso de la estenosis aortica, puede ser por proliferación de las células madres.
• El quimerismo encontrado en pacientes trasplantados de corazón puede representar un mecanismo de auto renovación.
Porque no son suficientes para reparar el tejido dañado?
• Tienen una capacidad de proliferación y de reparación miocárdica
limitada
• Se movilizan durante la fase aguda de un IM, pero no alcanzan la
maduración necesaria para incorporarse al miocardio dañado
• La falta de riego sanguíneo en el área afectada reduce el número
de células madre cardiacas que pueden llegar al sitio ocluido
• La incapacidad de las células madre cardiacas para reparar
el miocardio dañado ha dado lugar a que se busquen
células procedentes de otras fuentes, tanto para producir
miogénesis como angiogénesis
Células propuestas para la regeneración cardiaca
• Mioblastos esqueléticos
• Fibroblastos
• Células del músculo liso
• Miocitos fetales
• Células embrionarias
• Células adultas de la médula ósea
Células empleadas para la regeneración cardiaca
Características Mioblastos autólogos
Mioblastos alogénicos
Cel madre hematopo-
yéticas
Cel embrionarias
Inmunosupresión _ + _ +\_
Carcinogénicas _ ? _ ++
Disponibilidad + +\_ ++ +\_
Transformación en
miocitos (plasticidad)
+ + + +
Arritmogenésis + + _ _
Problemas éticos _ +\_ _ ++
FORMAS DE ADMINISTRACION
• Como terapia única
o
• Conjuntamente con una cirugía
de revascularización coronaria y/o angioplastia.
MOMENTO DE LA ADMINISTRACIÓN
• En patologías agudas, como en el infarto agudo del miocardio, traumas cardiacos.
• Enfermedades crónicas
Cardiopatía isquémica crónica,
miocardiopatias dilatadas , cardiopatía en el curso de la enfermedad de Chagas etc.
Medicina regenerativa y corazón
Objetivos:
1. Reemplazar los miocitos dañados necróticos e hipofuncionantes por miocitos funcionantes (miogénesis)
2. Mejorar la angiogénesis y la vascularización del corazón dañado
3. Mejorar la función contráctil del corazón
LOS SISTEMAS NERVIOSO PERIFÉRICO Y CENTRAL DE MAMÍFEROS
ADULTOS NO RESPONDEN DE LA MISMA FORMA FRENTE A LAS LESIONES
SISTEMA NERVIOSO
CENTRAL
SISTEMA NERVIOSO
PERIFÉRICO
Los axones lesionados en el SNP regeneran de forma espontánea mientras
que los axones lesionados en el SNC son incapaces de regenerar
Sección histológica longitudinal de una médula espinal lesionada
Fallo regenerativo
de los axones
Cicatriz glial
Davies et al. (1999) Journal of Neuroscience 19: 5810-5822
TERAPIA CELULAR PARA REPARAR LAS LESIONES TRAUMÁTICASDE NERVIOS PERIFÉRICOS
1. INJERTOS DE TEJIDO
2. TRASPLANTES DE CÉLULAS
3. COMBINACIÓN DE INJERTOS O TRASPLANTES CON OTRAS ESTRATEGIAS QUE POTENCIEN SU EFECTO
INJERTOS AUTÓLOGOS
TEJIDO:- Nervios periféricos
- músculo esquelético: favorece migración de células de Schwann
- Conducto venoso combinado con células de Schwann o matrigel
- Tendones
- Tejido epineural
CÉLULAS:
- Células de Schwann
- Glía envolvente olfatoria
COMBINACIÓN DE INJERTOS O TRASPLANTES CON OTRAS ESTRATEGIAS QUE POTENCIEN SU EFECTO:
A) Infusión de factores tróficos:
- GDNF:- BDNF- GDNF + BDNF
B) Sobreexpresión en células de Schwann de:- FGF-2:- NGF: - GDNF:
C) Estimulación eléctrica (1h, 20 Hz, muñon rostral). Se liberaBDNF.
D) Fototerapia: Transcutanea con laser. Incrementa proliferación de SC
E) Fisioterapia: incrementa BDNF, efecto sobre neuronas sensitivas.
No diferencias por “secuestro” de axones.
TERAPIA CELULAR PARA PROMOVER LA REGENERACIÓN AXONALEN EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL
1. INJERTOS DE TEJIDO
2. TRASPLANTES DE CÉLULAS
3. COMBINACIÓN DE INJERTOS O TRASPLANTES CON OTRAS ESTRATEGIAS QUE POTENCIEN SU EFECTO:
ESTRATEGIAS EXPERIMENTALES PARA REGENERAR AXONES EN EL SNC DE
MAMÍFEROS
Regeneración de axones del SNC a través
de injertos de nervio periférico
D. Santiago Ramón y Cajal Otros investigadores
Regeneración de axones del SNC a través de
diferentes entornos permisivos
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE CÉLULAS MADRE
NEURALES EN TERAPIA
Jakel et al. (2004) Nature Genetics Reviews 5: 136-144
Utilización de células madre
como estrategia reparadora
de las lesiones del sistema nervioso
Trasplantes de estas células en la médula espinal
dan lugar a:
- Neuronas (15%)
- Astroglia (80%)
- Oligodendroglía (5%)
(Fairless y Barnett, 2005)
En adultos, la OEG es el único tipo celular que interacciona con los axones en regeneración en el
bulbo olfatorio
LA AUSENCIA DE REGENERACIÓN AXONAL LA MÉDULA ESPINAL OCASIONA UN DÉFICIT
FUNCIONAL PERMANENTE E IRREVERSIBLE
Se produce una pérdida motora y/o sensitiva por debajo del nivel de la
lesión que es mayor cuanto más haces estén afectados
SE DISEÑÓ UNA TERAPIA CON CÉLULAS ADULTAS PARA REPARARLESIONES AGUDAS DE LA MÉDULA ESPINAL
2 inyecciones en el Cordón dorsal
1 inyección en la comisura gris
1 inyección en el cordón ventral
Ramón-Cueto et
al. (Neuron 25:
425: 435, 2000
FINANCIADO
POR UN
MECENAS
La lesión medular completa a nivel T8 ocasiona una
paraplejia en las ratas
Ramón-Cueto et al. (Neuron 25: 425: 435,
2000
FINANCIADO POR UN MECENAS
EVALUACION DE LA RECUPERACIÓN DE LA FUNCIÓN MOTORA MEDIANTE UN TEST DE COMPORTAMIENTO
Una vez por semana durante 8 meses
Cuatro grados de dificultad según la pendienteRatas deben de pasar completamente a la
Plataforma horizontal para superar el test
Ramón-Cueto et al. (Neuron 25: 425: 435, 2000)
REPARACIÓN DE LAS MÉDULAS ESPINALES DAÑADAS Y REGENERACIÓN DE
AXONES LESIONADOS TRASPLANTE DE OEG EN LA FASE AGUDA DE LA LESIÓN
Ratas trasplantadas Ratas no trasplantadas
Reparación de la lesión visible macroscópicamente
Regeneración de fibras nerviosas
Ramón-Cueto et al. (Neuron 25: 425: 435, 2000
ACCESO A LA MÉDULA ESPINAL EN LA FASE CRÓNICA DE LA LESIÓN Y TRASPLANTE ESTEREOTÁXICO DE OB-OEG
Injection:
4 sitios/muñón
(1.3; 1.0; 0.8; 0.5))
0.5 ml/sitio
50.000 cel/site
Muñoz-Quiles et
al. (2009).
J Neuropathol
Exp Neurol 68
(12): 1294-1308
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Months post-lesion
Pe
rce
nta
ge
of
reco
very
(%
)
No-T
SA
Cr
SA: 1-8 months post-trasplantation
Chr: 1-8 months post-trasplant
Tra
spla
nt
Chr
Lesio
n
Tra
spla
nt
SA
LAS RATAS PARAPLÉJICAS TRASPLANTADAS CON OEGPRESENTAN UNA RECUPERACIÓN MOTORA PROGRESIVA DESDE EL
QUINTO MES
Muñoz-Quiles et al. (2009).
J Neuropathol Exp Neurol 68 (12): 1294-1308
TRABAJO SE PUDO RALIZAR GRACIAS A LA FUNDACIÓN IRSN
0
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Grupo
Vo
l. / U
. S
up
.(m
m)
SA CrNo-T
SA: p = 0,016
Cr: p = 0,027
Existe una correlción
lineal entre el grado
de recuperación
motora y el volumen
de tejido preservado
(r = 0,861; p < 0,001)
EL TRASPLANTE DE OEG DISMINUYE LA DEGENERACIÓN EN LA ZONA
DE LA LESIÓN
No trasplantado Trasplantado con OEG
Muñoz-Quiles et al. (2009). J Neuropathol Exp Neurol 68 (12): 1294-1308
Raphe
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Reticular formation
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Locus Coeruleus
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C Vestibula Nucleir
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No-T SA ShamChr
EL TRASPLANTE PRODUCE
REGENERACIÓN AXONAL
EN REGIONES MOTORAS
DEL CEREBRO
LA CALIDAD DEL MOVIMIENTO PROMOVIDO POR LA GLÍA ENVOLVENTE OLFATORIA
MEJORA CUANDO SE REALIZA REHABILITACIÓN EN CINTA ANDADORA
BRAIN 131: 264-276 (2008)
Takeoka et al (2010) J. Neuroscience
EL TRASPLANTE DE OEG PERMITE QUE
LOS AXONES LESIONADOS DE LA MÉDULA ESPINAL SE RECONECTEN.
Primates Aguda CrónicaNo humanos
Humanos Aguda Crónica
Roedor Aguda Crónica
Time
TERAPIA AUTÓLOGA PARA LA REPARACIÓN DE LAS LESIONES DE LA MÉDULA
ESPINAL: EL PROPIO PACIENTE ES SU PROPIO DONANTE DE CÉLULAS
Translacionalidad a empresa
• Bancos de cordón umbilical
• Bioingeniería (quimerización)