MEDICINA REGENERATIVA

Transcripción

1 MEDICINA REGENERATIVA Es la rama de la bioingeniería que se sirve de la combinación de células, métodos de ingeniería de materiales y bioquímica para mejorar o remplazar funciones biológicas.

2 Su propósito no es solamente remplazar, sino también recuperar la funcionalidad perdida ya sea proporcionando elementos necesarios para reparar in vivo, o estimulando la capacidad de regeneración intrínseca del propio organismo.

3 SEÑALES DE AVANCE Leucemia Enfermedades cardiacas Artritis reumatoide Diabetes Tipo I Enfermedad de Parkinson

4 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.

5 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

6 Retos de la medicina regenerativa Estimular la regeneración de tejidos Ralentizar el envejecimiento Reparar lesiones y traumatismos Generar órganos en el laboratorio.

7 Reparación Sustitución de células muertas o dañadas por células sanas

8 Cicatriz Llena defectos Restablece la continuidad morfológica Pero... Sustituye células funcionales especializadas por tejido conectivo que carece de función.

9 Células madre y medicina regenerativa

10 CÉLULAS MADRE Célula que tiene la capacidad de dividirse por períodos indefinidos. Pueden dar origen a diferentes tipos de células y funciones especializadas.

11 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 Presión osmótica. Introducción de factores de estimulación cuando el mantenimiento del cultivo no es suficiente; factores de crecimiento, hormonas, nutrientes, estímulos químicos y físicos son en ocasiones necesarios. Biorreactores: El uso de biorreactores permite el control preciso y continuo de las condiciones de cultivo celular y permiten también introducir diferentes estímulos al cultivo de tejidos.

12 Clasificación de las células madre de acuerdo al tejido de procedencia Células madre adultas Células madre embrionarias

13 Formas de Clasificación Clasificación por origen CÉLULAS MADRE ADULTAS: Las células madre adultas son aquellas que tienen la capacidad de clonarse y crear copias de si mismas para regenerar órganos y tejidos. Sin embargo, son un tipo de célula no diferenciada, por lo que sólo pueden reparar los daños de sus propios tejidos. En las personas adultas existen alrededor de 20 tipos distintos de células madre adultas, que son las 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 son las células madre hematopoyéticas de médula ósea, que son las encargadas de la formación de la sangre. CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS: Las células madre embrionarias son aquellas que forman parte de la masa celular interna de un embrión de 4-5 días de edad y que tienen la capacidad de formar todos los tipos celulares de un organismo 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 de células madre. Existen técnicas experimentales donde se pueden obtener células madre embrionarias sin que esto implique la destrucción del embrión.

14 OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS Quinto día ESTADÍO DE BLASTOCISTO CÉLULAS DE LA MASA CELULAR INTERNA CÉLULAS PLACENTARIAS

15 Capas embrionarias

16 Células madre embrionarias (clonación terapéutica) 1- Introducción de un núcleo diploide de la célula del paciente dentro de un ovocito enucleado. 2- El ovocito se activa y el cigoto se divide para transformarse en blastociste que contiene el ADN del donante 3- El blastociste se disocia para obtener células madre embrionarias. 4- Estas células son capaces de diferenciarse en variados tejidos ya sea por cultivo o por trasplante dentro del órgano dañado del donante.

17 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?

18 Lugares donde se han encontrado CMA: Cerebro Sangre Córnea Retina Corazón Grasa Piel

19 FENÓMENO DE PLASTICIDAD O TRANSDIFERENCIACIÓN Es la capacidad que adquieren las células madre adultas de diferenciase en células de tejidos distintos de aquel con el cual la célula madre se encuentra aparentemente comprometida. Células madre hematopoyéticas Células madre neuronales Mecanismos para establecer este fenómeno: Heterogeneidad de las células madre presentes en una población celular. Fusión de las células madre trasplantadas con las células específicas residentes en un órgano. Consumación de un proceso de desdiferenciación y rediferenciación celular. Persistencia de células madre adultas con capacidad multi o pluripotencial.

20 VENTAJAS Y DESVENTAJAS 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 Las células madre adultas Ventajas: Estas células Ya están más o menos especializadas: La inducción puede ser más sencilla. Son inmunológicamente resistentes Son flexibles: Las células madre adultas pueden ser usadas para formar otros tipos de 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 cultivo como las células madre embrionarias. Genéticamente inadecuadas

21 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.

22 Video células madre

23 Uso de células para reparación de tejidos Stem cells para reparar tejido cardiaco OEG para reparar tejido nervioso

24 CELULAS MADRE Y REGENERACIÓN MIOCARDICA.

25 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.

26 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

27 Células propuestas para la regeneración cardiaca Mioblastos esqueléticos Fibroblastos Células del músculo liso Miocitos fetales Células embrionarias Células adultas de la médula ósea

28 Células empleadas para la regeneración cardiaca Características Mioblastos autólogos Mioblastos alogénicos Cel madre hematopoyéticas Cel embrionarias Inmunosupresión _ + _ +\_ Carcinogénicas _? _ ++ Disponibilidad + +\_ ++ +\_ Transformación en miocitos (plasticidad) Arritmogenésis + + Problemas éticos _ +\ ++

29 FORMAS DE ADMINISTRACION Como terapia única o Conjuntamente con una cirugía de revascularización coronaria y/o angioplastia.

30 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.

31 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

32 Trasplante de OEG como tratamiento para promover la regeneración del sistema nervioso

33 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

34 SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO

35 Los axones lesionados en el SNP regeneran de forma espontánea mientras que los axones lesionados en el SNC son incapaces de regenerar

36 Sección histológica longitudinal de una médula espinal lesionada Fallo regenerativo de los axones Cicatriz glial Davies et al. (1999) Journal of Neuroscience 19:

37 TERAPIA CELULAR PARA REPARAR LAS LESIONES TRAUMÁTICAS DE NERVIOS PERIFÉRICOS 1. INJERTOS DE TEJIDO 2. TRASPLANTES DE CÉLULAS 3. COMBINACIÓN DE INJERTOS O TRASPLANTES CON OTRAS ESTRATEGIAS QUE POTENCIEN SU EFECTO

38 TEJIDO: - Nervios periféricos INJERTOS AUTÓLOGOS - 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

39 REGENERACIÓN Y REPARACIÓN DE NERVIO PERIFÉRICO CON DIFERENTES BIOMATERIALES

40 REGENERACIÓN AXONAL A TRAVÉS DE UN POLÍMERO

41 COMBINACIÓN DE INJERTOS O TRASPLANTES CON OTRAS ESTRATEGIAS QUE POTENCIEN SU EFECTO: A) Infusión de factores tróficos: - GDNF: - BDNF - GDNF + BDNF BDNF. SC B) Sobreexpresión en células de Schwann de: - FGF-2: - NGF: - GDNF: No diferencias por secuestro de axones. C) Estimulación eléctrica (1h, 20 Hz, muñon rostral). Se libera D) Fototerapia: Transcutanea con laser. Incrementa proliferación de E) Fisioterapia: incrementa BDNF, efecto sobre neuronas sensitivas.

42 EFECTO DEL EJERCICIO EN LA REGENERACIÓN AXONAL DE NERVIOS PERIFÉRICOS LESIONADOS

43 TERAPIA CELULAR PARA PROMOVER LA REGENERACIÓN AXONAL EN 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:

44 ESTRATEGIAS EXPERIMENTALES PARA REGENERAR AXONES EN EL SNC DE MAMÍFEROS D. Santiago Ramón y Cajal Otros investigadores Regeneración de axones del SNC a través de injertos de nervio periférico Regeneración de axones del SNC a través de diferentes entornos permisivos

45 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE CÉLULAS MADRE NEURALES EN TERAPIA Jakel et al. (2004) Nature Genetics Reviews 5:

46 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%)

47 La OEG promueve la regeneración de axones en el bulbo olfatorio Regeneración

48 En adultos, la OEG es el único tipo celular que interacciona con los axones en regeneración en el bulbo olfatorio (Fairless y Barnett, 2005)

49 LA AUSENCIA DE REGENERACIÓN AXONAL LA MÉDULA ESPINAL OCASIONA UN DÉFICIT FUNCIONAL PERMANENTE E IRREVERSIBLE

50 Se produce una pérdida motora y/o sensitiva por debajo del nivel de la lesión que es mayor cuanto más haces estén afectados

51 SE DISEÑÓ UNA TERAPIA CON CÉLULAS ADULTAS PARA REPARAR LESIONES AGUDAS DE LA MÉDULA ESPINAL Ramón-Cueto et al. (Neuron 25: 425: 435, 2000 FINANCIADO POR UN MECENAS 2 inyecciones en el Cordón dorsal 1 inyección en la comisura gris 1 inyección en el cordón ventral

52 La lesión medular completa a nivel T8 ocasiona una paraplejia en las ratas Ramón-Cueto et al. (Neuron 25: 425: 435, 2000

53 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 pendiente Ratas deben de pasar completamente a la Plataforma horizontal para superar el test Ramón-Cueto et al. (Neuron 25: 425: 435, 2000)

54 REPARACIÓN DE LAS MÉDULAS ESPINALES DAÑADAS Y REGENERACIÓN DE AXONES LESIONADOS TRASPLANTE DE OEG EN LA FASE AGUDA DE LA LESIÓN Regeneración de fibras nerviosas Reparación de la lesión visible macroscópicamente Ratas trasplantadas Ratas no trasplantadas Ramón-Cueto et al. (Neuron 25: 425: 435, 2000

55 Muñoz-Quiles et al. (2009). J Neuropathol Exp Neurol 68 (12):

56 ACCESO A LA MÉDULA ESPINAL EN LA FASE CRÓNICA DE LA LESIÓN Y TRASPLANTE ESTEREOTÁXICO DE OB-OEG Injection: Muñoz-Quiles et 4 sitios/muñón al. (2009). (1.3; 1.0; 0.8; 0.5)) J Neuropathol 0.5 ml/sitio Exp Neurol cel/site (12):

57 Lesion Trasplant SA Trasplant Chr Percentage of recovery (%) LAS RATAS PARAPLÉJICAS TRASPLANTADAS CON OEG PRESENTAN UNA RECUPERACIÓN MOTORA PROGRESIVA DESDE EL QUINTO MES SA: 1-8 months posttrasplantation Chr: 1-8 months posttrasplant No-T SA Cr Months post-lesion Muñoz-Quiles et al. (2009). J Neuropathol Exp Neurol 68 (12): TRABAJO SE PUDO RALIZAR GRACIAS A LA FUNDACIÓN I

58 Vol. / U. Sup.(mm) EL TRASPLANTE DE OEG DISMINUYE LA DEGENERACIÓN EN LA ZONA DE LA LESIÓN No trasplantado Trasplantado con OEG Existe una correlción lineal entre el grado de recuperación motora y el volumen de tejido preservado (r = 0,861; p < 0,001) Muñoz-Quiles et al. (2009). J Neuropathol Exp Neurol 68 (12): SA: p = 0,016 Cr: p = 0, No- 1 SA 1 1,09 Cr T Grupo

59 Number of somas Number of somas Number of somas Number of somas Number of somas Number of somas EL TRASPLANTE PRODUCE REGENERACIÓN AXONAL EN REGIONES MOTORAS DEL CEREBRO Raphe No-T 1 SA 1 Chr 1,1 Sham 0, Reticular formation No-T 0,9 SA 1 Chr 0,9 Sham 1,1 C Vestibula Nucleir Locus Coeruleus No-T 1 SA 1 0,9 Chr Sham 1,1 0 No-T 0,85 SA 1,15 0,925 Chr Sham 1 Red nucleus Total number No-T 1,1 SA 1 0,9 Chr Sham 0,9 0 No-T 1 SA 1 Chr 1,1 Sham 0,9

60 LA CALIDAD DEL MOVIMIENTO PROMOVIDO POR LA GLÍA ENVOLVENTE OLFATORIA MEJORA CUANDO SE REALIZA REHABILITACIÓN EN CINTA ANDADORA BRAIN 131: (2008)

61 EL TRASPLANTE DE OEG PERMITE QUE LOS AXONES LESIONADOS DE LA MÉDULA ESPINAL SE RECONECTEN. Takeoka et al (2010) J. Neuroscience

62 TERAPIA AUTÓLOGA PARA LA REPARACIÓN DE LAS LESIONES DE LA MÉDULA ESPINAL: EL PROPIO PACIENTE ES SU PROPIO DONANTE DE CÉLULAS Roedor Aguda Crónica rimates Aguda Crónica o humanos Humanos Aguda Crónica Time

63 Translacionalidad a empresa Bancos de cordón umbilical Bioingeniería (quimerización)