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.

Reparación

•Sustitución de células muertas o dañadas por células sanas

Cicatriz

• Llena defectos

• Restablece la continuidad morfológica

Pero...

• Sustituye células funcionales especializadas por tejido conectivo que carece de función.

Células madre y medicina regenerativa

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

Capas embrionarias

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 ?

Lugares donde se han encontrado CMA:

• Cerebro

• Sangre

• Córnea

• Retina

• Corazón

• Grasa

• Piel

“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.

Video células madre

Uso de células para reparación de tejidos

• Stem cells para reparar tejido cardiaco

• OEG para reparar tejido nervioso

CELULAS MADRE Y REGENERACIÓN

MIOCARDICA.

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

Trasplante de OEG como tratamiento

para promover la regeneración del

sistema nervioso

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

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

REGENERACIÓN Y REPARACIÓN DE NERVIO PERIFÉRICO CON DIFERENTES BIOMATERIALES

REGENERACIÓN AXONAL A TRAVÉS DE UN POLÍMERO

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.

EFECTO DEL EJERCICIO EN LA REGENERACIÓN AXONAL DE NERVIOS PERIFÉRICOS LESIONADOS

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%)

La OEG promueve la regeneración de axones en el bulbo olfatorio

Regeneración

(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

Muñoz-Quiles et al. (2009). J Neuropathol Exp Neurol 68 (12): 1294-1308

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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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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Num

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No-T SA Chr Sham

Locus Coeruleus

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Nu

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so

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Red nucleus

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Num

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Total number

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as

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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)