RESUMEN PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FUNDACIÓN ISABEL GEMIO 2011

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1 RESUMEN PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FUNDACIÓN ISABEL GEMIO 2011 La Fundación Isabel Gemio dirige sus esfuerzos a la investigación de las enfermedades neuromusculares y otras enfermedades raras, pero más concretamente orienta las subvenciones a los proyectos que investigan en posibles tratamientos. Los 4 proyectos subvencionados tienen esta finalidad. 1.- El proyecto del Hospital 12 de octubre de Madrid, Dr Miguel Angel Martin, actualmente dirige sus esfuerzos al desarrollo de una nueva técnica con ratones que ayudan a conocer el origen de las Enfermedades Neuromusculares, es decir, identifican el GEN defectuoso. Inoculan en los propios ratones el mismo defecto que tienen los afectados de Enfermedades Neuromusculares, de este modo se evita probar con las personas y que estas padezcan efectos segundarios negativos. 2.- El proyecto de Donostia Dr Lopez de Munain va encaminado a la terapia celular "células madre" con un tipo particular de células que se denominan IPS: son células que derivan de la piel y que una vez manipuladas en el laboratorio pueden "fabricar" músculo. 3.- El proyecto del Hospital Sant Pau de Barcelona Dra Illa investiga el tratamiento con 2 tipos de terapia con células madre. El primero es a partir de trasplantes de médula ósea y el segundo a partir de unas células madre que se llaman mesoangioblastos o pericitos. En cuanto al trasplante de médula ósea, nuestro país es pionero en el mundo en trasplantes y tenemos experiencia en hacer trasplantes. El proyecto estudia si las células madre de la médula ósea son capaces de ir a músculo y regenerarlo o no. Los resultados que se han obtenido indican que sí que pueden regenerar pero en un porcentaje pequeño, que no es suficiente para notar una mejoría en la fuerza. En lo que están trabajando actualmente es en cambiar varias condiciones del trasplante para tratar de mejorar la eficacia. En cuanto a los mesangioblastos o pericitos, escogieron estas células porque se pueden inyectar por vía arterial y porque ya se han obtenido resultados exitosos en diferentes modelos animales incluyendo ratones y animales grandes, como los perros, afectos de distrofia muscular de Duchenne. Ahora se ha empezado a hacer una primera fase de prueba en niños, concretamente en 3. Tras un seguimiento de un año, si funciona, se llevará a cabo un Ensayo Clínico en EE.UU, Italia y España. La duración del Ensayo dependerá de cómo se sientan los niños. Se introducen células de músculos provenientes de otras personas. Ahora, de momento serán células de los familiares. En España contamos con una Agencia de Terapias Avanzadas que nos va a permitir agilizar los tratamientos en cuanto los consideren seguros y en el Hospital Sant Pau de Barcelona disponen de las Salas Blancas y demás elementos necesarios para los trasplantes de células.

2 4.- Proyecto Hospital La Fe de Valencia, Dr. Vilchez, encaminado a reducir el proceso de fibrosis para que las terapias tanto genéticas como celulares puedan ser más eficaces. Sería lo que se denomina un tratamiento síntomático, es decir que no va dirigido a curar la mutación sino a preservar el músculo lo mejor posible para que los tratamientos curativos encuentren el músculo en mejores condiciones. DATOS ECONÓMICOS DE LOS PROYECTOS CIENTÍFICOS FINANCIADOS POR LA FUNDACIÓN ISABEL GEMIO 1. Dra. ISABEL ILLA: Hospital Santa Cruz y San Pablo de Barcelona - Coste: Importe financiado: Pendiente: Dr. ADOLFO LÓPEZ DE MUNAIN: Hospital Donostia de San Sebastián - Coste: Importe financiado: Pendiente: Dr. MIGUEL ÁNGEL MARTÍN: Hospital 12 de Octubre de Madrid - Coste: Importe financiado: Pendiente: Dr. VILCHEZ: Hospital de la Fe de Valencia. - Coste: Importe financiado: Pendiente:

3 PROYECTO DE INVESTIGACIÓN EN TERAPIA DE LAS DISTROFIAS MUSCULARES Fundación Isabel Gemio Investigador Principal: Dr. Juan Jesús Vilchez Padilla Hospital La Fe CIBERNED Valencia El proyecto de investigación dirigido por el Dr.Palau y coordinado por el Dr. Vilchez, arranca en 2011 y se centrará en el estudio amplio de los mecanismos de producción de fibrosis del músculo esquelético, para que las terapias tanto genéticas como celulares para Distrofia Muscular puedan ser más eficaces. Sería lo que se denomina un tratamiento síntomático, es decir que no va dirigido a curar la mutación sino a preservar el músculo lo mejor posible para que los tratamientos curativos encuentren el músculo en mejores condiciones. Examinarán los mecanismos moleculares y celulares del incremento de la fibrosis en el músculo esquelético y de la disminución en la regeneración celular dependiente de la edad. Así mismo, llevarán a cabo caracterización molecular y celular de las células satélite del músculo procedente de individuos sanos y pacientes con distrofia muscular de Duchenne, así como en ratones sanos y ratones mutantes mdx. Por último, se procederá a la búsqueda de drogas que puedan mejorar la regeneración muscular o disminuir la fibrosis. Para ello el proyecto relativo a la fibrosis se traslada al Instituto de Investigación del Hospital La Fe de Valencia dirigido por el neurólogo clínico Dr. Vílchez, con la incorporación de un investigador senior de laboratorio, y el proyecto de células satélites se realizará en el laboratorio del Dr. Palau. Se pretende constituir una Unidad Asociada entre el Instituto de Investigación Sanitaria La Fe y el CSIC par que cristalice la colaboración que llevan manteniendo desde 1988.

4 PROYECTO DE INVESTIGACIÓN EN TERAPIA DE LAS DISTROFIAS MUSCULARES Fundación Isabel Gemio Investigador Principal: Dr. Miguel Angel Martin Cuevas Hospital 12 de Octubre CIBERNED Madrid El grupo del Dr Martín del Instituto de Investigación HOSPITAL 12 DE OCTUBRE de Madrid actualmente dirige sus esfuerzos al desarrollo de una nueva técnica con ratones que ayudan a conocer el origen de las Enfermedades Neuromusculares, es decir, identifican el GEN defectuoso. Inoculan en los propios ratones el mismo defecto que tienen los afectados de Enfermedades Neuromusculares, de este modo se evita probar con las personas y que estas padezcan efectos segundarios negativos Junto a el grupo del Dr. Andreu del Instituto de Recerca del Hospital Vall d Hebrón de Barcelona, llevan colaborando intensamente varios años en los mecanismos fisiopatológicos y caracterización molecular de la enfermedad muscular metabólica llamada glucogenosis tipo V o enfermedad de McArdle, causada por mutaciones en el gen PYGM que codifica la isoforma muscular de la glucógeno fosforilasa o miofosforilasa. Se ha trabajado en las primeras fases del proyecto en el establecimiento de un modelo celular de mioblastos en cultivo y de un modelo de ratón (modelo murino) de la enfermedad de McArdle, con el propósito de lograr un modelo de laboratorio de la enfermedad. El ratón modificado genéticamente se ha diseñado mediante la introducción de la mutación más frecuente en esta enfermedad, la mutación p.r50x en el gen PYGM. Esta mutación, que cambia un aminoácido llamado arginina por un triplete no codificante, conlleva la parada prematura de la biosíntesis de la proteína causante de la enfermedad, la miofosforilasa, alterando así su función biológica. En este sentido se reformularon a finales del 2010 los objetivos iniciales del proyecto dirigido por el Dr.Martin, con el objeto de ser flexibles y centrar esfuerzos, al fin especifico de desarrollar la fase final de este modelo animal de enfermedad muscular, pues sería el primer modelo murino de enfermedad neuromuscular producido por una mutación tipo parada prematura.

5 Este modelo servirá para poder estudiar aproximaciones de terapias no únicamente en la enfermedad de McArdle sino en otras enfermedades neuromusculares causadas por defectos genéticos asociados con la presencia de mutaciones que produzcan parada prematura. Durante el 2010 se han realizado todos los estudios de construcción del vector de recombinación que lleva la mutación, así como su introducción en células madres embrionarias, para producir finalmente ratones heterocigotos (animales con una copia del gen mutado). Durante los primeros meses de 2011 se han cruzado los ratones heterocigotos con ratones hembra que expresan unas enzimas necesarias en el proceso, con el objeto de conseguir heterocigotos puros los cuales serán cruzados a su vez para poder generar dos copias del gen mutado, con el propósito de tener una progenie estable de ratones KI. Para el segundo semestre del 2011 está prevista la caracterización exhaustiva de marcadores bioquímicos y clínicos (fenotipado) en el ratón KI, dado que una buena caracterización de estos perfiles basales son el fundamento para estudiar correctamente futuras intervenciones terapéuticas. El fenotipo clínico se caracterizará mediante estudios del patrón neurofisiológico de los animales sometidos a ejercicio voluntario y forzado tales como estudio de actividad muscular voluntaria, evaluación de la fatigabilidad, resistencia a ejercicio, consumo metabólico, etc. La financiación de la FIG les ha permitido que inicien y continúen estos estudios

6 PROYECTO DE INVESTIGACIÓN EN TERAPIA DE LAS DISTROFIAS MUSCULARES Fundación Isabel Gemio Investigador Principal: Dr. Adolfo López de Munain Hospital Donostia CIBERNED Fundación Lundain San Sebastián Donostia caracterización de células con potencial miogénico El grupo de investigación neuromuscular del HOSPITAL DONOSTIA, dirigido por el Dr. López de Munain, está realizando con financiación de la Fundación Isabel Gemio un proyecto cuyo objetivo fundamental es seleccionar un tipo de células con potencial de transformarse en músculo y que sean útiles para la transferencia a los enfermos. Dos son las características que idealmente deben reunir estas células: capacidad de reproducción in vitro sin pérdida de su carácter multipotente y posibilidad de utilización por vía intravenosa. Durante el 2011 se está trabajando en la obtención de unas células con potencial miogénico. A priori, estas características las reúne las células CD133+ (presentes en la sangre) que se ha utilizado para repoblar músculo en pacientes con Duchenne. Estas células se pueden aislar tanto del músculo como de la sangre aunque con un diferente nivel de eficiencia. Se ha observado que el rendimiento de estas células es escaso pues se necesitan grandes volúmenes de sangre y el medio específico de cultivo celular rico en citoquinas es excesivamente oneroso, y aunque a nivel experimental es factible que estas células se dirijan al músculo expresando las isoformas de proteínas propias de células miogénicas (distrofina, calpaína 3, etc.), hay que optimizar la técnica para que sean una alternativa viable para el tratamiento en humanos. Por otro lado, tratan de caracterizar otras células con potencial miogénico a través de tres procedimientos diferentes: 1. Trasnfección de los fibroblastos para convertirlos en mioblastos. 2. Diferenciación de células madre pluripotentes inducidas (ips) 3. Obtención de miotubos a partir de las células precursoras de la piel A partir de estas células se ha empezado a estudiar aspectos de la homeostasis del calcio, en los mioblastos tanto en la Distrofia muscular de Duchenne como en la Distrofia de Cinturas Tipo II A.

7 Otra alternativa es la infección de fibroblastos de piel utilizando vectores de transferencia génica como los lentivirus con MyoD para diferenciar a mioblastos. In vitro se ha observado que los cultivos expresan marcadores protéicos musculares como receptor ryanodine y calp-3. Por otra parte, en colaboración con un Instituto de Medicina Regenerativa de San Sebastián, INBIOMED, se está trabajando para reprogramar células de la piel de los pacientes (fibroblastos) a células madre inducidas (ips en terminología inglesa). Estas células se comportan como las células madre embrionarias y pueden diferenciarse de cualquier tejido. En el proyecto se ha logrado obtener células madre pluripotentes inducidas (Ips) de 2 pacientes con distrofia de cinturas y actualmente se está produciendo su diferenciación como paso previo para su aplicación a modelos animales de distrofias. Recientemente se ha publicado que pueden reprogramarse células madre pluripotentes inducidas (Ips) sin el uso de vectores lentivirales, utilizando la herramienta molecular llamada microrna, lo que abre nuevas vías menos problemáticas para su transferencia a humanos. Sin embargo en este campo nos enfrentamos a un nuevo reto que es tratar de ver qué rastros no directamente genéticos (epigenética) dejan huella en la reprogramación a células madre pluripotentes inducidas (Ips), lo que implica que la célula embrionaria ips no tiene un fondo biológico exactamente igual al fibroblasto de piel original. Otro reto, es la dificultad que están encontrando grupos muy expertos en este campo para reprogramar a célula muscular, y sus posibles reversiones a células de carácter tumoral. En este sentido desde el CIBERER, a través de su Director Científico Francisco Palau, se pone de manifiesto que las células madre pluripotentes inducidas (Ips) pueden suponer un buen modelo celular de enfermedad, que será necesario reprogramar varios enfermos con diferentes mutaciones y con la misma mutación para tener un buena referencia fisiopatológica de la enfermedad. Se están interesando en la posibilidad de establecer una plataforma para generar materia celular para el estudio fisiopatológico de enfermedades raras. Por último el grupo del Dr Munain está estudiando el papel del calcio en las distrofias musculares en colaboración con un grupo de química de Donostia utilizando análogos menos tóxicos de la molécula S107 cuya función es la regulación de flujos de calcio. La financiación de la FIG les ha permitido que inicien y continúen estos estudios

8 PROYECTO DE INVESTIGACIÓN EN TERAPIA DE LAS DISTROFIAS MUSCULARES Fundación Isabel Gemio Investigador Principal: Dra. Isabel Illa Hospital Santa Creu I Sant Pau CIBERNED La Fundació Institut De Recerca Barcelona El grupo de investigación neuromuscular del HOSPITAL SANTA CREU I SANT PAU, dirigido por la Dra. Illa está realizando un proyecto que investiga el tratamiento con 2 tipos de terapias con células madre: El primero es a partir de trasplantes de médula ósea y el segundo a partir de unas células madre que se llaman mesoangioblastos o pericitos. TRASPLANTE DE MÉDULA ÓSEA (TMO) Nuestro país es pionero en el mundo en trasplantes y este grupo tiene experiencia en ello. El proyecto estudia si las células madre de la médula ósea son capaces de ir a músculo y regenerarlo o no. Los resultados que se han obtenido indican que sí que pueden regenerar pero en un porcentaje pequeño, que no es suficiente para notar una mejoría en la fuerza. Se ha observado que cuando se realiza Trasplante de Médula Ósea en un ratón sin distrofina (Dys) se observa expresión de Dys en el bazo del animal pero que cuando se miró en músculo no se detectó expresión de Dys. Para contestar si este hecho es suficiente para hacer funcionar el músculo se realizaran Trasplante de Médula Ósea con ratones y se harán pruebas de motilidad, EMG en colaboración con la Universidad y estudios de expresión de Dys. Siempre se realizarán Trasplante de Médula Ósea de tipo heterólogo con vista a su transferencia a humanos. TERAPIA A PARTIR DE CÉLULAS MADRE: mesoangioblastos o pericitos Se eligieron estas células porque se pueden inyectar por vía arterial y porque ya se han obtenido resultados exitosos en diferentes modelos animales incluyendo ratones y animales grandes, como los perros, afectos de distrofia muscular de Duchenne. El Dr. Jordi Díaz ha estado un año en el laboratorio del Dr. Cossu aprendiendo a obtener pericitos y a realizar los trasplantes. Desde que ha regresado al laboratorio ya ha obtenido estas células, que crecen con un rendimiento que es suficiente para poder trasplantar modelos animales de distrofia muscular. Se está estudiando qué factores atraen a los pericitos hasta el músculo distrófico. En esta anualidad el Proyecto de Barcelona, está llevando a cabo una primera fase de prueba en niños, concretamente en 3.

9 Se está realizando un trasplante doble de médula ósea y pericitos, analizando los factores implicados para aumentar la migración de estos pericitos a célula muscular distrofica. Por otra parte, se han introducido vía intraarterial pericitos de donantes emparentados en niños con distrofia de Duchenne. En este sentido si el resultado es exitoso, se podría llevar a cabo un ensayo clínico multicéntrico utilizando esta tecnología. Tras un seguimiento de un año, que finalizará en la primavera de 2012, si funciona, se llevará a cabo un Ensayo Clínico en EE.UU, Italia y España. La duración del Ensayo dependerá de cómo se sientan los niños. Se introducen células de músculos provenientes de otras personas. Ahora, de momento serán células de los familiares. En España contamos con una Agencia de Terapias Avanzadas que nos va a permitir agilizar los tratamientos en cuanto los consideren seguros y en el Hospital Sant Pau de Barcelona disponen de las Salas Blancas y demás elementos necesarios para los trasplantes de células. La financiación de la FIG les ha permitido que inicien y continúen estos estudios.