Medicina regenerativa – Studiul celulelor stem adulte

Obiectiv:
Unul dintre obiectivele acestei direcții este de a aprofunda cunoștințele în domeniul biologiei celulelor stem adulte și de a controla potențialul acestora de diferențiere în scopul restabilirii capacității regenerative a organismului. Totodată, ne propunem să dezvoltăm metode GMP standardizate de cultivare a celulelor stem mezenchimale (MSC) adulte pentru aplicații clinice în repararea țesuturilor umane lezate. Se vor studia MSC derivate din diferite surse: măduva osoasă (BM), sânge din cordonul ombilical (CB), țesut adipos (AT) sau membrana amniotică (AM). Potențialul terapeutic și funcțiile MSC cultivate vor fi evaluate extensiv in vitro și in vivo, urmând a fi concretizate în protocoale pentru aplicații clinice.

a) Celulele stem mezenchimale pentru reconstrucție tisulară

1. GENOSTEM – Adult mesenchymal stem cells engineering for connective tissue disorders. From the bench to the bed side, FP6, 2004-2008

Scurtă descriere:
Obiectivul proiectului integrat Genostem a fost de a stabili un grup de experți cu rol de lider științific european pentru medicina regenerativă bazată pe celule stem în domeniul reconstrucției țesutului conjunctiv. Genostem reunește o combinație unică de expertize în biologie celulara, biologie moleculară, biomecanică, genomică, proteomică, bioinformatică și medicină moleculară. Masa critică realizată de acest consortiu care cuprinde 30 de parteneri, a permis progrese în ingineria celulelor stem mezenchimale (CSM) cu posibilități de aplicare direct în practica clinică. Celulele stem mezenchimale adulte autologe sunt candidați optimi pentru a servi ca pietre de temelie pentru ingineria țesuturilor conjunctive fiind celule stem multipotente care dau naștere la osteoblaste, condrocite și tenocite, celulele musculare și adipocite. În cadrul proiectului au fost comparate diferite surse de CSM și au fost izolate diferite subseturi de CSM în scopul de a obține CSM nediferențiate, CSM comise în stadiu incipient de diferențiere, descendenți blocați în diferite stadii de diferențiere și descendenți complet diferențiati. Genostem a studiat repertoriul genetic al CSM folosind analiza genomică și proteomică ce a permis furnizarea înțelegerii semnificației unor molecule și căi de semnalizare potențial operative pentru întreținerea și diferențierea celulelor stem. Genostem a dezvoltat tehnologii inovatoare pentru a genera matrici biodegradabile, suporturi și microcarrieri care leagă proteine farmacologic active și permit livrarea acestora într-un mod controlat. Genostem a dezvoltat modele de transplant de CSM mimând procese patologice umane la nivelul cartilajului, osului și tendonului. Scopul final a fost de a crea premisele pentru dezvoltarea de studii clinice utilizând CSM, în modelele patologice studiate, în parteneriat cu IMM-uri și organisme de reglementare pentru asigurarea unor proceduri sigure la scară clinică. Acest proiect vizează să plaseze UE în avangarda ingineriei tesuturilor și să asigure standarde stricte de siguranță pentru ingineria țesuturilor conjunctive.

Link: http://cordis.europa.eu/project/rcn/75276_en.html

2. CASCADE – Cultivated Adult Stem Cells as Alternative for Damaged tissuE (FP7-223236, 2008-2011)

Scurtă descriere:
Principalul obiectiv al proiectului este de a dezvolta metode GMP (bune practici de producție) standardizate de cultivare a celulelor stem mezenchimale (MSC) adulte pentru aplicații clinice în repararea țesuturilor umane lezate. Se vor studia MSC derivate din diferite surse: măduva osoasă (BM), sânge din cordonul ombilical (CB), țesut adipos (AT) sau membrana amniotică (AM). Potențialul terapeutic și funcțiile MSC cultivate vor fi evaluate extensiv in vitro și in vivo. Consorțiul urmărește dezvoltarea de protocoale clinice pentru aplicațiile MSC în vindecarea leziunilor cronice de țesut conjunctiv (ulcer varicos și ulcer de cornee).

d2a

d2b

3. REBORNE – Regenerating Bone defects using New biomedical Engineering approaches (FP7-241879, 2010-2015)

Scurtă descriere:
Obiectivul REBORNE este de a realiza studii clinice utilizând biomateriale avansate și celule care induc procesul de vindecare osoasă. Pentru a atinge acest scop, se propun cinci studii clinice de fază II, cu 20 de pacienți, în 12 centre clinice din 8 țări europene. Sunt prevăzute trei studii clinice ortopedice legate de tratamentul fracturilor de os lung și osteonecroza capului femural la adulți și copii, bazate pe utilizarea de bioceramici, hidrogel pentru injectare percutană și celule stem din surse autologe sau alogene. Cercetarea clinică va implica și chirurgia maxilo-facială cu augmentare osoasă înainte de implanturile dentare și reconstrucția defectelor palatine la copii. Siguranța și eficiența noilor terapii va fi evaluată clinic folosind radiografii, computer-tomografii și RMN, precum și prin histologia biopsiilor.

d2d

d2c
b) Caracterizarea celulelor stem pluripotente și adulte (HU-RO)

Scurtă descriere:
În cadrul colaborării trans-frontaliere cu grupul de lucru coordonat de Dr. Elen Gocza de la ABC Institute in Godollo, Ungaria, am comparat capacitățile multipotente ale celulelor stem mezenchimale cu abilitatea pluripotentă a celulelor stem embrionare și am evaluat posibilitatea diferențierii acestora spre linii celulare ale straturilor germinative: mezodermice, neuroectodermice, sau linii endodermice. Diferențele, precum și similaritățile dintre celel două tipuri celulare au sugerat soluții posibile pentru îmbunătățirea capacității de diferențiere și reînnoire a celulelor stem adulte.

c) Biologia celulelor stem diferențiate spre adipocite – Studii privind diferențierea in vitro a celulelor stem mezenchimale spre linia adipocitară și validarea factorilor moleculari implicați în adipogeneză (PNII-Idei, 1748/2008, 2008-2011)

Scurtă descriere:
Din perspectiva creșterii prevalenței obezității în întreaga lume, chiar și în rândurile copiilor, proiectul de față își propune o abordare sistematizată a factorilor moleculari implicați în diferențierea celulelor stem mezenchimale spre linia adipocitară. După recoltarea măduvei osoase hematogene umane și izolarea CSM vom încerca dezvoltarea unor protocoale optime de diferențiere, folosind agenți inductori și de menținere ai adipogenezei. Diferențierea adipocitară va fi verificată prin metode imunohistochimice și de biologie moleculară specifice, ulterior stabilindu-se genele implicate în procesul de adipogeneză prin tehnica microarray. Identificarea markerilor moleculari implicați în adipogeneză, în special în fazele timpurii ale diferențierii CSM umane spre pre-adipocite, deschide perspective practice importante pentru abordările terapeutice ulterioare în tratamentul obezității. Odată identificați acești markeri și stabilită expresia genică implicată în adipogeneză, se vor putea identifica metode moderne de inhibare a procesului de formare a țesutului adipos, țintind la nivel molecular. Până în prezent nu sunt foarte clar identificate genele care reglează adipogeneza, mai ales în ceea ce privește fazele timpurii ale acestui process. In acest sens vom folosi o tehnica de transfectie moderna, care utilizează microARN (miARN). Vom identifica prin tehnici de microarray genele pentru mARN care codifică procesele de adipogeneză în diferite etape. După stabilirea mARN de interes, acesta va fi interferat cu miARN prin procesul de gene-silencing, urmând să identificăm genele cheie utilizate în etapele ulterioare. Rezultatele obținute vor fi verificate și comparate cu cercetările efectuate de echipa din Germania, cu care vom colabora pe toată perioada de desfășurare a acestui proiect. În final, vom putea genera o harta genica și vom elabora un concept teoretic cu privire la mecanismele complexe implicate în apariția obezității.

Publicații relevante:

  1. Tatu CS, Bojin FM, Gruia AT, Ordodi VI, Mic FA, Iman V, Cean A, Gavriliuc OI, Paunescu V. Features of Lipid Metabolism along Differentiation Pathway of Human Mesenchymal Stem Cells towards Mature Adipocytes. Romanian Biotechnological Letters, 2014; 19(2): 9257-71.
  2. Bojin FM, Gruita AT, Cristea MI, Ordodi VL, Paunescu V, Mic FA. Adipocytes differentiated in vitro from rat mesenchymal stem cells lack essential free fatty acids compared to adult adipocytes. Stem Cells and Development. 2012; 21(4): 507-12.

d2e

d2f

Fig.1. Adipocite diferențiate din celule stem mezenchimale (MSCs), colorația histochimică Oil Red O și imunocitochimică FABP4

d2g

Fig.2. Harta genică – căi de semnalizare și reglatoare în cursul procesului de adiopogeneză
d) Ingineria genetică a celulelor stem pentru terapia diabetică (SInPro)

Scurtă descriere:
Am abordat atât cauzele, cât și consecințele diabetului zaharat tip 1, în terapia de înlocuire a celulelor β pancreatice prin ingineria genetică a celulelor producătoare de insulină combinată cu protecția indusă de noile celule β surogat transplantate, care oferă protecție împotriva recurenței atacului autoimun specific insulelor pancreatice. Am pornit de la premisa că acest lucru ar putea fi realizat prin utilizarea celulelor stem mezenchimale imunosupresoare ca substituenți celulari, la nivelul cărora se poate reconstitui aparatul secretor pentru insulină prin mijloacele de transfer genetic vectorial.
Link: www.simp.ro
e) Celulele stem pluripotente pentru reconstrucție cardiacă (ReCell)

Scurtă descriere:
Obiectivul principal al proiectului ReCell este de a stabili primul sistem in vitro cu hIPSC (celule stem pluripotente induse umane) pentru terapia cardiotoxicității induse de chimioterapie. Proiectul va oferi o alternativă pentru reconstituirea vaselor și inimii disfuncționale prin ingineria in vitro a țesutului cardiac prin utilizarea de metdode noi care folosesc celule stem induse pluripotente. Cunoștințele obținute în urma cercetării fundamentale din acest domeniu vor servi ulterior pentru stabilirea procedurilor de lucru pentru producerea de celule și tesuturi cu aplicabilitate clinică în condiții GMP. Proiectul țintește și obținerea primelor celule stem umane induse pluripotente (hIPSC) in vitro, celule care vor fi folosite în scop diagnostic și terapeutic al cardiotoxicității indusă de chimioterapie, oferind soluții de medicină personalizată în România.

Prin indeplinirea obiectivelor proiectului ReCell va fi posibilă producerea de modele de țesuturi cardiace din probele recoltate de la pacienți (biopsii, cantități mici de sânge) și furnizate de principalele spitale din Romania. Prin urmare celulele specifice hiPSC – CMCs pot fi folosite în continuare în vederea descoperirii și evaluării eficacității unor medicamente, de exemplu în cardiotoxicitatea produsă în urma chimioterapiei. Producerea de kituri rapide de screening pentru diagnostic, în scopul preventiei cardiotoxicității produse în urma chimioterapiei este de asemenea o realizare importantă a proiectului de cercetare ReCell.

Proiectul ReCell va include următoarele activități:

  1. Producerea și caracterizarea celulelor umane hIPSCs prin transfer epizomal de gene
  2. Producerea de celule hIPSCs prin sistemul de transfer de gene CRISPR/Cas9
  3. Producerea și caracterizarea cardiomiocitelor (CMs) diferențiate din hIPSCs
  4. Producerea și caraterizarea precursorilor vasculari diferențiați din hIPSCs
  5. Reconstrucția țesutului cardiac
  6. Reconstrucția vaselor
  7. Celule iPS pentru tratarea cardiopatiilor
  8. Optimizarea protocoalelor de reprogramare și diferențiere în condiții GMP
  9. Optimizarea protocoalelor de decelularizare și recelularizare în condiții GMP
  10. Producerea de patch-uri cardiace

ReCell este menit să aibă un impact atât pe sectorul biotehnologic românesc cât și pe cel european. Principalul impact al proiectului este așteptat să fie în integrarea eforturilor în biologia celulelor stem, biotehnologie, inginerie tisulară și medicină personalizată. Mai mult decât atât, este așteptată obținerea de rezultate cu o aplicabilitate directă, în urma stabilirii unor protocoale de diferențiere celulară umană avansate și în urma elaborării unui nou model de sistem pentru cardiotoxicitatea indusă de chimioterapie.

Prin producerea primelor celule umane iPSCs în țară se vor putea realiza activități noi precum teste toxicologice, screening-ul de medicamente în vederea stabilirii unor noi metode de diagnostic sau metode de prevenție terapeutică. Producerea de kituri rapide de diagnostic poate determina colaborarea și stabilirea de parteneriate între instituțiile de cercetare și companiile farmaceutice private, cu scopul de a oferi cât mai repede posibil noi opțiuni pentru principalii beneficiari – pacienții.

Grupurile țintă ale activităților proiectului sunt, în ultimă instanță, pacienții ca beneficiari ai serviciilor de asistență medicală ce includ rezultatele științifice ale proiectului. Beneficiarii principali din perspectivă medicală sunt pacienții cu tulburări cardiovasculare și coronariene, prin utilizarea rezultatelor proiectului în domeniul obținerii de țesut cardiac recelularizat (în special vase de sânge), dar si cei cu cancer, aflați sub tratament chimioterapeutic, care beneficiază de rezultatele proiectului privind

Realizarea proiectului este importantă și din punct de vedere socio-economic deoarece:

  • Asigură crearea de noi locuri de muncă în cercetare în domeniul sănătății
  • Reduce tendința de migrație a forței de muncă calificate înspre centre din alte regiuni/ străinatate mai bine echipate prin dezvoltarea unei facilități de cercetare modernă
  • Asigură formarea de personal calificat și schimbul de experiență capabile să susțină continuitatea în abordarea unor tematici de cercertare modern
  • Stimulează formarea de parteneriate durabile cercetare – industrie

d2h

Comments are closed