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Stem Cell clinical grade Biology for human therapies

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Stem Cell clinical grade Biology for human therapies. Clase para maestría en Ciencias Básicas Odontológicas en la Universidad El Bosque. Colombia. 2018

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Stem Cell clinical grade Biology for human therapies

  1. 1. Stem Cells; Hype or Hope “Bombo Publicitario o Esperanza Médica” Dr. Juan Carlos Munévar Niño Profesor Asociado. 2018
  2. 2. Investigación con Células StemInvestigación con Células Stem Pros •Un gran potencial para encontrar tratamientos a varias enfermedades: cáncer; diabetes, lesiones de medula espinal, Alzheimer, MS, Huntington, Parkinson etc. •Las células troncales adultas provenientes de sangre, piel, etc son efectivas para tratar diferentes enfermedades en modelos animales. •Las células troncales de cordón umbilical se han utilizado para varios tratamientos experimentales. Contras •Aspecto religioso, pues la vida comienza desde la concepción y destruirla para realizar investigación es inmoral y erróneo. El uso de células troncales embrionarias en investigación implica la destrucción de blastocitos creados in vitro.
  3. 3. Respuestas de reparación posterior a
  4. 4. Las raíces de la Ingeniería Tisular existen antes que la ciencia comenzara como tal. El versículo de la Biblia Génesis II:21-22 reporta el primer registro de Ingeniería Tisular: “Entonces Jehovah“Entonces Jehovah Dios hizo que sobre elDios hizo que sobre el hombre cayera un sueñohombre cayera un sueño profundo; y mientras Dormía,profundo; y mientras Dormía, Tomó una de sus costillas yTomó una de sus costillas y Cerró la carne en su lugar. YCerró la carne en su lugar. Y de la costilla que Jehovahde la costilla que Jehovah Dios Tomó del hombre, hizoDios Tomó del hombre, hizo una mujer y la trajo aluna mujer y la trajo al hombre.”hombre.” Las raíces de la Ingeniería Tisular existen antes que la ciencia comenzara como tal. El versículo de la Biblia Génesis II:21-22 reporta el primer registro de Ingeniería Tisular: “Entonces Jehovah“Entonces Jehovah Dios hizo que sobre elDios hizo que sobre el hombre cayera un sueñohombre cayera un sueño profundo; y mientras Dormía,profundo; y mientras Dormía, Tomó una de sus costillas yTomó una de sus costillas y Cerró la carne en su lugar. YCerró la carne en su lugar. Y de la costilla que Jehovahde la costilla que Jehovah Dios Tomó del hombre, hizoDios Tomó del hombre, hizo una mujer y la trajo aluna mujer y la trajo al hombre.”hombre.” Interés en las células Stem debido a su potencial terapéutico in vivoInterés en las células Stem debido a su potencial terapéutico in vivo
  5. 5. Células Stem prometedoras posibilidades como estrategias terapéuticas Células Stem prometedoras posibilidades como estrategias terapéuticas •Abraham Trembley • Charles Bonnet, • Peter Simon Pallas • René- Antoine Ferchault Réaumur Regeneración en salamandras y extremidades de cangrejos Existe regeneración de piel, sangre, músculo y hueso en los mamíferos Células StemCélulas Stem
  6. 6. Dr. Juan Carlos Munévar 1908 - Alexander Maximow – Histólogo ruso quien propuso la existencia de las stem cells y la teoría de la Hematopoyesis 1917 - Dr. Florence R. Sabin profesora en John Hopkins quien realizo varios trabajos pioneros en Stem Cells. “Preliminary Note on the Differentiation of Angioblasts and the Method by Which They Produce Blood-Vessels, Blood-Plasma and Red Blood-Cells As Seen in the Living Chick”. The Anatomical Record. 1960 – Friendstein y Chertkov científicos rusos demostraron experimentalmente la existencia de las células estromales mesenquimales multipotenciales como Unidades Formadoras de Colonias de Fibroblastos. 1960s - Joseph Altman y Gopal Das, presentaron evidencia de neurogénesis adulta por actividad de células Stem en el cerebro. 1963 - McCulloch y Till ilustraron la presencia de células Stem con auto renovación en medula ósea de ratón. 1968 – Se realizó un transplante de medula ósea con éxito entre dos hermanos 1978 – Las células Stem Hematopoyéticas son descubiertas en sangre de cordón umbilical. 1981 – Las células Stem embrionarias de ratón se derivan de la masa interna celular del blastocisto. RESEÑA CÉLULAS STEMRESEÑA CÉLULAS STEM
  7. 7. El primer clon; la oveja Dolly Ian Wilmut, líder del grupo que creo Dolly en el Scotland's Roslin Institute en 1996. Dolly Parton (cantante) nombre que se le otorgo a la oveja.
  8. 8. 1992 – Las células Stem neuronales son cultivadas in vitro como neuroesferas 1995 – El presidente Bill Clinton muestra en la ley de enmienda que hace ilegal la utilización de dinero federal para investigar sobre células Stem derivadas del embrión. 1996 - Ian Wilmut, líder del grupo que creo Dolly en el Scotland's Roslin Institute en 1996. 1997 – La leucemia brinda la posibilidad de originar células Stem Hematopoyéticas; primera evidencia directa para células Stem de cáncer 1998 - James Thomson y col. presentan la primera línea de células Stem embrionarias en la universidad de Wisconsin- Madison.
  9. 9. 2000 – Fueron publicados varios reportes sobre células Stem adultas. 2003 - Dr. Songtao Shi de NIH descubre una nueva fuente de células Stem adultas en los dientes temporales de los niños.* 2004-2005 – Por las demandas a Hwang Woo-Suk crearon varias líneas de células Stem embrionarias de oocitos humanos infértiles. 2006 – Científicos de instituto Pasteur proporcionan evidencia que las células Stem de músculo pudieron conservar ambas hebras de DNA durante la división celular, resultando conservativa la replicación semiconservativa.** Julio 19, 2006 – El presidente George Bush veto la cuenta federal que se utilizaría para la investigación de células Stem derivadas del embrión. 2008 - Shin'ya Yamanaka, Osaka, Japón. Premio Nobel 2012 Medicina y Fisiología por revertir los procesos de diferenciación y reprogramación celular. Descubrió las iPSc. 2014 - Yoshiki Sasai Centro Ryken Biología del desarrollo, Kobe, Japón. Mecanismos moleculares de neurogénesis para el posible tratamiento de la Enfermedad de Parkinson. (Haruko Obokata “Acid bath offers easy path to stem cells”) * Shostak S (2006). "(Re)defining stem cells". Bioessays 28 (3): 301-8. ** Shinin V, Gayraud-Morel B, Gomes D, Tajbakhsh S (2006). "Asymmetric division and cosegregation of template DNA strands in adult muscle satellite cells. Nat Cell Biol 8 (7).
  10. 10. Los polímeros y sus aplicaciones médicas Sustitutos de Tejidos: de los biomateriales a la Ingeniería Tisular (Lizarbe, 2007)
  11. 11. • Salgado A. J, Coutinho O. P, Reis R.L, • Spitzer R.S, Perka C, Lindenhayn K, Zippel H. 2002 Lesiones óseas deLesiones óseas de Tamaño CríticoTamaño Crítico Lesiones óseas deLesiones óseas de Tamaño CríticoTamaño Crítico
  12. 12. DISCIPLINA CIENTIFICA QUE BUSCA LA REGENERACION DEDISCIPLINA CIENTIFICA QUE BUSCA LA REGENERACION DE TEJIDOS Y ORGANOS BASADO EN EL CONOCIMIENTO ENTEJIDOS Y ORGANOS BASADO EN EL CONOCIMIENTO EN CIENCIAS BIOLOGICASCIENCIAS BIOLOGICAS BIOMIMETICOS Análogos o sustitutos sintetizados in vitro de tejidos biológicos CAMPO MULTIDISCIPLINARIOCAMPO MULTIDISCIPLINARIO BIOLOGIA CELULAR BIOLOGIA MOLECULAR BIOQUÍMICA MEDICINA VETERINARIA
  13. 13. • Shrivats AR, McDermott MC, Hollinger JO. 2014 • Ayala R, Zhang C, Yang D, Hwang Y, Aung A, Shroff SS, et al. 2011 Auto- renovación Célula estromal Condrocito Osteoblasto Adipocito POLIMEROSPOLIMEROS SINTETICOS:SINTETICOS: Polietilenglicol (PEG) Policaprolactona (PCL) Acido poliláctico (PLA) Acido poliglicólico (PGA) Acido poliláctico- co-glicolico (PLGA) NATURALES: Proteínas: Colágeno , fibrina Polisacáridos: Alginato , quitosano
  14. 14. stración gráfica que enumera las disciplinas involucradas en la investigación de ingeniería de tejid Fuente: Advanced Manufacturing Technology for Medical Applications (Gibson, 2005)
  15. 15. Criterios y consideraciones funcionales para el diseño de matrices 3D extracelulares utilizados en ingeniería de tejidos óseos. Fuente: Comportamiento in vitro de células stem mesénquimales de origen dental humano en matrices extracelulares tridimensionales de ácido poliláctico/poliglicólico con y sin hidroxiapatita. Universidad Nacional de Colombia (Jiménez Ortegón & Munevar Niño, 2015)
  16. 16. CELULA ESTROMAL DE MEDULA OSEA
  17. 17. Factores de crecimiento • Polipéptidos • Algunos actúan en varias células • Otros en células blanco específicas • Migración, contracción, diferenciación, angiogénesis, receptores de factores de crecimiento y factores de transcripción
  18. 18. Mecanismos de señalización involucrados en la proliferación y diferenciación Mecanismos de señalización involucrados en la proliferación y diferenciación
  19. 19. GRUPO UNIDAD DE INVESTIGACIÓN BÁSICA ORAL U.I.B.O.GRUPO UNIDAD DE INVESTIGACIÓN BÁSICA ORAL U.I.B.O.GRUPO UNIDAD DE INVESTIGACIÓN BÁSICA ORAL U.I.B.O.GRUPO UNIDAD DE INVESTIGACIÓN BÁSICA ORAL U.I.B.O. Biología celular y molecular de lasBiología celular y molecular de las terapias basadas en Células Troncalesterapias basadas en Células Troncales en Odontologíaen Odontología Dr. Juan Carlos Munévar Niño. Profesor Asociado. Coordinador líneaCoordinador línea REGENERACIÓN TISULAR &REGENERACIÓN TISULAR & CELULAS STEM CRANEOFACIALESCELULAS STEM CRANEOFACIALES Dr. Juan Carlos Munévar Niño. Profesor Asociado. Coordinador líneaCoordinador línea REGENERACIÓN TISULAR &REGENERACIÓN TISULAR & CELULAS STEM CRANEOFACIALESCELULAS STEM CRANEOFACIALES
  20. 20. Biomateriales novedosos integran células Stem capaces de auto-Biomateriales novedosos integran células Stem capaces de auto- renovarse o de diferenciarse en tipos celulares específicos.renovarse o de diferenciarse en tipos celulares específicos. (Neuronas, osteoblastos, condrocitos, queratinocitos)(Neuronas, osteoblastos, condrocitos, queratinocitos) Thirumala S, Goebel W. S, Woods E. Clinical grade adult stem cell banking. Organogenesis. 5: 3. 143 – 54. 2009Thirumala S, Goebel W. S, Woods E. Clinical grade adult stem cell banking. Organogenesis. 5: 3. 143 – 54. 2009 SíndromesSíndromesSíndromesSíndromes EnfermedadesEnfermedades crónicascrónicas EnfermedadesEnfermedades crónicascrónicas NeoplasiasNeoplasiasNeoplasiasNeoplasias TraumaTraumaTraumaTrauma
  21. 21. • El término en inglés es “Stem cells” (CÉLULAS TRONCO) • Células Troncales o Tronco. En cualquier caso… • Nos referimos a STEM CELLS • Ha trascendido socialmente el término “Célula Madre”
  22. 22. Cancer stem cells Escasas celulas en tumores con la capacidad de auto renovación y amplio potencial de diferenciación tumoral involucradas en la carcinogénesis Celulas Stem Normales Escasas celulas en órganos y tejidos con la capacidad de autorenovación y amplio potencial de diferenciación involucradas en la organogénesis.
  23. 23. Propiedades compartidas por las células stem normales y las cancer stem cells • Division Asimétrica: – Autorenovación • Las células stem normales deben autorenovarse a lo largo de la vida para mantener organos especificos. • Las Cancer stem cells se autorenuevan para mantener el crecimiento tumoral. – Diferenciación en diversos fenotipos celulares • Poblaciones heterogeneas celulares en organos o tumores • Reguladas por vías similares – Vías de señalización que regulan la autorenovación en células stem normales pero son disfuncionales en cancer stem cells
  24. 24. Vías Wnt, Shh, and Notch que contribuyen en la autorenovación de stem cells y/o progenitores en una variedad de órganos, SNC y S. Hematopoyético. Al disregularse contribuyen en la oncogénesis. Carcinoma de colon, tumores epidermicos (Wnt), meduloblastoma y carcinoma de células basales(Shh), y leucemias de células T (Notch). Vías implicadas en auto renovación disreguladas en células de cáncer
  25. 25. Origen de la teoría de Cáncer Stem Cells Solo una fracción de células de cáncer son capaces de una proliferación extensa Tumores líquidos Ensayos de formación de colonias In vitro 1 en 10,000 hasta 1 en 100 células de mieloma murino Ensayos de transplantes In vivo : - Solo 1-4% de células de leucemia transplantadas forman colonias en el bazo Tumores Sólidos - Un gran numero de células se necesitan para crecer tumores en modelos de xenoinjertos - 1 en 1,000 hasta 1 en 5,000 celulas de cancer de pulmón, de neuroblastoma , ovario, o de seno pueden formar colonias en agar o in vivo
  26. 26. Dos Modelos para la heterogeneidad del Cancer 1. Todas las células cancerígenas son potenciales cancer stem cells pero con baja probabilidad de proliferar en ensayos clonogénicos. 2. Solo una pequeña fracción de células de cancer son cancer stem cells con la capacidad de proliferar indefinidamente.
  27. 27. Injerto óseoInjerto óseo Célula madreCélula madre multipotencialmultipotencial Célula madreCélula madre hematopoyéticahematopoyética PlaquetasPlaquetas EritrocitosEritrocitos EosinófiloEosinófilo NeutrófiloNeutrófilo MegacariocitoMegacariocito BasófiloBasófilo Linfocito TLinfocito T Célula killer naturalCélula killer natural Célula dendríticaCélula dendrítica Linfocito BLinfocito B Célula progenitora linfoideCélula progenitora linfoide CélulaCélula progenitoraprogenitora mieloidemieloide MonocitoMonocito MédulaMédula ÓseaÓsea HuesoHueso
  28. 28. Linfocito TLinfocito T Célula madreCélula madre hematopoyéticahematopoyética EritrocitosEritrocitos SangreSangre circulantecirculante TimoTimo NódulosNódulos linfáticoslinfáticos BazoBazo MédulaMédula óseaósea Al timo,Al timo, amígdalas yamígdalas y órganosórganos linfoideslinfoides 1 HSC en sangre / 100 en la1 HSC en sangre / 100 en la médula óseamédula ósea Linfocito BLinfocito B DelDel timotimo
  29. 29. Factores solubles /Factores solubles / ccitoquinasitoquinas Migración proliferación diferenciación M.E.C especializada CélulaCélula StemStem Oct 4Oct 4 PluripotencialPluripotencial MultipotencialMultipotencial precursoraprecursora osteoblasto condrocito odontoblasto Dentina hueso cartílago
  30. 30. CélulasCélulas StemStem CélulasCélulas ProgenitorasProgenitoras CélulasCélulas TerminalesTerminales DiferenciadasDiferenciadas DivisiónDivisión simétricasimétrica DivisiónDivisión asimétricaasimétrica Célula StemCélula Stem MesenquimalMesenquimal Quiescencia & AutoQuiescencia & Auto renovaciónrenovación
  31. 31. DivisiónDivisión AsimétricaAsimétrica DivisiónDivisión SimétricaSimétrica QuiescenciaQuiescencia & Auto& Auto renovaciónrenovación Algunas células stemAlgunas células stem permanecen en el períodopermanecen en el período postnatal para mantener lapostnatal para mantener la homeostasishomeostasis Las células stemLas células stem postnatales regeneranpostnatales regeneran tejidos.tejidos. Pedro A. Sánchez-Lara, Hu Zhao, Ruchi Bajpai, Alaa I. Abdelhamid y David WarburtonPedro A. Sánchez-Lara, Hu Zhao, Ruchi Bajpai, Alaa I. Abdelhamid y David Warburton.. Impact of stem cells in craniofacial regenerative medicine. Front. Physiol.,Impact of stem cells in craniofacial regenerative medicine. Front. Physiol., 21 June 2012 .21 June 2012 . Pedro A. Sánchez-Lara, Hu Zhao, Ruchi Bajpai, Alaa I. Abdelhamid y David WarburtonPedro A. Sánchez-Lara, Hu Zhao, Ruchi Bajpai, Alaa I. Abdelhamid y David Warburton.. Impact of stem cells in craniofacial regenerative medicine. Front. Physiol.,Impact of stem cells in craniofacial regenerative medicine. Front. Physiol., 21 June 2012 .21 June 2012 . Las células stem generanLas células stem generan tejidos orofaciales durante eltejidos orofaciales durante el desarrollodesarrollo Macizo Craniofaci al Potencial Regenerativo Piel Musculo & Mesénquima Hueso estructural Hueso de sostén Estructuras Dentales/Periodontales Vasos Sanguíneos y Nervios Cicatrización Integración muscular & ósea Matrices biodegradables Regeneración neurovascular Regeneración de dientes / periodonto Regeneración de defectos tamaño crítico
  32. 32.  Medula ósea  Tejido adiposoTejido adiposo  Sangre periférica  Sangre de Cordón Umbilical  Gelatina de Wharton  Placenta  Periostio  PielPiel  Folículo Piloso.Folículo Piloso.  iPSiPS  SCNTSCNT Friedenstein AJ, Deriglasova UF, Kulagina NN, Panasuk AF, Rudakowa SF, Luria EA, Ruadkow IA: Precursors for fibroblasts in different populations ofFriedenstein AJ, Deriglasova UF, Kulagina NN, Panasuk AF, Rudakowa SF, Luria EA, Ruadkow IA: Precursors for fibroblasts in different populations of hematopoietic cells as detected by the in vitro colony assay method. Exp Hematol 1974, 2:83-92hematopoietic cells as detected by the in vitro colony assay method. Exp Hematol 1974, 2:83-92 Friedenstein AJ, Deriglasova UF, Kulagina NN, Panasuk AF, Rudakowa SF, Luria EA, Ruadkow IA: Precursors for fibroblasts in different populations ofFriedenstein AJ, Deriglasova UF, Kulagina NN, Panasuk AF, Rudakowa SF, Luria EA, Ruadkow IA: Precursors for fibroblasts in different populations of hematopoietic cells as detected by the in vitro colony assay method. Exp Hematol 1974, 2:83-92hematopoietic cells as detected by the in vitro colony assay method. Exp Hematol 1974, 2:83-92 Células Stem Grado clínicoCélulas Stem Grado clínico AdultasAdultasAdultasAdultas MesenquimalesMesenquimalesMesenquimalesMesenquimalesHematopoyéticasHematopoyéticasHematopoyéticasHematopoyéticas EmbrionariasEmbrionariasEmbrionariasEmbrionarias • Reserva celularReserva celular in vivoin vivo • Auto renovaciónAuto renovación in vitro / in vivoin vitro / in vivo • AdherentesAdherentes in vitroin vitro • Potencial de diferenciaciónPotencial de diferenciación in vivoin vivo • Reserva celularReserva celular in vivoin vivo • Auto renovaciónAuto renovación in vitro / in vivoin vitro / in vivo • AdherentesAdherentes in vitroin vitro • Potencial de diferenciaciónPotencial de diferenciación in vivoin vivo PropiedadesPropiedadesPropiedadesPropiedades Hiroshi Egusa y col/2012. Stem cells in dentistry – Part I: Stem cell sources. Journal of Prosthodontic Research 56 (2012) 151–165 Hiroshi Egusa y col/2012. Stem cells in dentistry – Part I: Stem cell sources. Journal of Prosthodontic Research 56 (2012) 151–165
  33. 33. RAZONES PARA SELECCIONAR DSC EN ODONTOLOGIARAZONES PARA SELECCIONAR DSC EN ODONTOLOGIA REGENERATIVAREGENERATIVA RAZONES PARA SELECCIONAR DSC EN ODONTOLOGIARAZONES PARA SELECCIONAR DSC EN ODONTOLOGIA REGENERATIVAREGENERATIVA 4. Las MSC dentales usualmente presentan altas tasas de proliferación lo que4. Las MSC dentales usualmente presentan altas tasas de proliferación lo que proporciona un número suficiente de células para futuras aplicaciones clínicasproporciona un número suficiente de células para futuras aplicaciones clínicas en odontología regenerativaen odontología regenerativa (Gronthos et al, 2000; Miura et al, 2003).(Gronthos et al, 2000; Miura et al, 2003). L. Wang, Y. Zhao, and S. Shi. Interplay between Mesenchymal stem cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and tissue regeneration.L. Wang, Y. Zhao, and S. Shi. Interplay between Mesenchymal stem cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and tissue regeneration. Journal of Dental Research 2012.Journal of Dental Research 2012. L. Wang, Y. Zhao, and S. Shi. Interplay between Mesenchymal stem cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and tissue regeneration.L. Wang, Y. Zhao, and S. Shi. Interplay between Mesenchymal stem cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and tissue regeneration. Journal of Dental Research 2012.Journal of Dental Research 2012. 2. Las MSC Dentales incluyendo SHEDs, SCAP, PDLSCs y MSC de los maxilares,2. Las MSC Dentales incluyendo SHEDs, SCAP, PDLSCs y MSC de los maxilares, muestran una fuerte inmunocapacidad moduladora, posiblemente debido a lamuestran una fuerte inmunocapacidad moduladora, posiblemente debido a la alta frecuencia de exposición al medio ambiente inflamatorio en la cavidad oralalta frecuencia de exposición al medio ambiente inflamatorio en la cavidad oral (Wada et al, 2009;. Ding et al, 2010a;. Yamaza et al, 2010, 2011).(Wada et al, 2009;. Ding et al, 2010a;. Yamaza et al, 2010, 2011). 3. Debido a sus orígenes de la cresta neural, las MSC dentales presentan un3. Debido a sus orígenes de la cresta neural, las MSC dentales presentan un robusto potencial de multidiferenciación lo que favorece la regeneración tisularrobusto potencial de multidiferenciación lo que favorece la regeneración tisular en el contexto cráneofacial (Chung et al, 2009;. Yamaza et al, 2011.)en el contexto cráneofacial (Chung et al, 2009;. Yamaza et al, 2011.)
  34. 34. Gronthos S, Brahim J, Li W, Fisher LW, Cherman N, Booyde A, et al. Stem cell properties of human dental pulp stem cells. J Dent Res. 2002; 81 (8): 531-5 Gronthos S, Brahim J, Li W, Fisher LW, Cherman N, Booyde A, et al. Stem cell properties of human dental pulp stem cells. J Dent Res. 2002; 81 (8): 531-5 Iohara K. Dentin regeneration by dental pulp stem cell therapy with recombinant human bone morphogenetic protein 2. J Dent Res. 2004; 83(8):590-5. Iohara K. Dentin regeneration by dental pulp stem cell therapy with recombinant human bone morphogenetic protein 2. J Dent Res. 2004; 83(8):590-5.
  35. 35. Huang G, Gronthos S, Shi SHuang G, Gronthos S, Shi S. Mesenchymal Stem Cells Derived from Dental Tissues vs. Those from Other Sources: Their Biology in Regenerative. Mesenchymal Stem Cells Derived from Dental Tissues vs. Those from Other Sources: Their Biology in Regenerative MedicineMedicine. Journal Dental Research, 88(9) 2009.. Journal Dental Research, 88(9) 2009. Huang G, Gronthos S, Shi SHuang G, Gronthos S, Shi S. Mesenchymal Stem Cells Derived from Dental Tissues vs. Those from Other Sources: Their Biology in Regenerative. Mesenchymal Stem Cells Derived from Dental Tissues vs. Those from Other Sources: Their Biology in Regenerative MedicineMedicine. Journal Dental Research, 88(9) 2009.. Journal Dental Research, 88(9) 2009.
  36. 36. L. Wang, Y. Zhao, S. ShiL. Wang, Y. Zhao, S. Shi.. Interplay between Mesenchymal Stem Cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and Tissue Regeneration .Interplay between Mesenchymal Stem Cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and Tissue Regeneration . J Dent ResJ Dent Res 9191L. Wang, Y. Zhao, S. ShiL. Wang, Y. Zhao, S. Shi.. Interplay between Mesenchymal Stem Cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and Tissue Regeneration .Interplay between Mesenchymal Stem Cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and Tissue Regeneration . J Dent ResJ Dent Res 9191 Células Stem ExtrínsecasCélulas Stem Extrínsecas Aislamiento Caracterización Cultivo Expansión Congelación Implantación / infusión Seguimiento Células Stem IntrínsecasCélulas Stem Intrínsecas Movilización Homing
  37. 37. Estudios Clínicos en Colombia con células StemEstudios Clínicos en Colombia con células Stem • Financiación gubernamental yFinanciación gubernamental y privadaprivada • Regulación apropiadaRegulación apropiada • Ensayos clínicos.Ensayos clínicos. • Nuevas tecnologíasNuevas tecnologías • ModelosModelos in vitroin vitro de enfermedadesde enfermedades • CriopreservaciónCriopreservación • Financiación gubernamental yFinanciación gubernamental y privadaprivada • Regulación apropiadaRegulación apropiada • Ensayos clínicos.Ensayos clínicos. • Nuevas tecnologíasNuevas tecnologías • ModelosModelos in vitroin vitro de enfermedadesde enfermedades • CriopreservaciónCriopreservación RecomendacionesRecomendacionesRecomendacionesRecomendaciones Dental Stem Cells CFU-F, U.I.B.O. Universidad El Bosque. 2009 Células Stem: Del laboratorio al pacienteCélulas Stem: Del laboratorio al paciente
  38. 38. Terapias basadas en células StemTerapias basadas en células Stem CriteriosCriteriosCriteriosCriterios Células Stem: Del laboratorio al pacienteCélulas Stem: Del laboratorio al paciente International Society for Stem Cell Research. http://www.closerlookatstemcells.org/. On line Oct 10 2013.
  39. 39. Los esfuerzos para reducir el riesgo,Los esfuerzos para reducir el riesgo, abordar los incidentes y accidentesabordar los incidentes y accidentes que puedan impactar negativamente aque puedan impactar negativamente a los PACIENTESlos PACIENTES La FDA tiene jurisdicción sobre laLa FDA tiene jurisdicción sobre la producción y mercadeo de cualquierproducción y mercadeo de cualquier terapia basada en células troncalesterapia basada en células troncales que involucre el trasplante de célulasque involucre el trasplante de células humanas a pacientes.humanas a pacientes.Las células troncales cultivadas enLas células troncales cultivadas en grandes cantidades fuera de su entornograndes cantidades fuera de su entorno natural en el cuerpo humano puedennatural en el cuerpo humano pueden llegar a ser ineficaces o peligrosas,llegar a ser ineficaces o peligrosas, produciendo importantes efectos adversosproduciendo importantes efectos adversos como tumores, reacciones inmunológicascomo tumores, reacciones inmunológicas graves, o crecimiento de tejido nograves, o crecimiento de tejido no deseado.deseado.
  40. 40. M. Shi y col. 2011. The Journal of Translational Immunology PROPIEDADES INMUNOMODULADORAS DE LAS CELULAS STEM MESENQUIMALES PROPIEDADES INMUNOMODULADORAS DE LAS CELULAS STEM MESENQUIMALES Las MSC interactúan estrechamente con las células inmunes, tales como: Linfocitos, Macrófagos, Natural Killer, Celulas Dendríticas. La evidencia demuestra que losLa evidencia demuestra que los rechazos inmunológicos traen comorechazos inmunológicos traen como consecuencia:consecuencia: •Destrucción de órganos como el timoDestrucción de órganos como el timo •Aumento de infecciones oportunistas enAumento de infecciones oportunistas en pacientes inmunosuprimidos.pacientes inmunosuprimidos. Con la realización de auto injertos, aloinjertos y xenoinjertos de célulasCon la realización de auto injertos, aloinjertos y xenoinjertos de células troncales se corre el riesgo de rechazo inmunológico o reacción injerto vstroncales se corre el riesgo de rechazo inmunológico o reacción injerto vs huésped.huésped. M. Shi, Z.-W. Liu and F.-S. Wang. Immunomodulatory properties and therapeutic application of mesenchymal stem cells. The Journal of Translational Immunology. 164: 1-8. 2011 M. Shi, Z.-W. Liu and F.-S. Wang. Immunomodulatory properties and therapeutic application of mesenchymal stem cells. The Journal of Translational Immunology. 164: 1-8. 2011
  41. 41. • Las células stem mesenquimales poseen notables propiedades INMUNOSUPRESORASINMUNOSUPRESORAS Estas características únicas postulan a las MSC como candidatos ideales comoEstas características únicas postulan a las MSC como candidatos ideales como inmunosupresores para aplicación clínica en patologías inmunes o trasplante deinmunosupresores para aplicación clínica en patologías inmunes o trasplante de órganos.órganos. Estas características únicas postulan a las MSC como candidatos ideales comoEstas características únicas postulan a las MSC como candidatos ideales como inmunosupresores para aplicación clínica en patologías inmunes o trasplante deinmunosupresores para aplicación clínica en patologías inmunes o trasplante de órganos.órganos. Laura Juliana Cortés. Instituto Unidad de Investigación Básica Oral. U.I.B.O. Universidad El Bosque. 2013Laura Juliana Cortés. Instituto Unidad de Investigación Básica Oral. U.I.B.O. Universidad El Bosque. 2013Laura Juliana Cortés. Instituto Unidad de Investigación Básica Oral. U.I.B.O. Universidad El Bosque. 2013Laura Juliana Cortés. Instituto Unidad de Investigación Básica Oral. U.I.B.O. Universidad El Bosque. 2013 1. Pueden inhibir la proliferación y función de las principales poblaciones de células inmunes, incluyendo células T, células B y las células asesinas naturales (NK); 2. Modulan las actividades de las células dendríticas (DC) 3. Inducen a las células T reguladoras tanto in vivo como in vitro.
  42. 42. M. Shi, Z.-W. Liu and F.-S. Wang. Immunomodulatory properties and therapeutic application of mesenchymal stem cells. The Journal of Experimental Immunology. 164: 1-8. 2011M. Shi, Z.-W. Liu and F.-S. Wang. Immunomodulatory properties and therapeutic application of mesenchymal stem cells. The Journal of Experimental Immunology. 164: 1-8. 2011 Células B Células T Monocito
  43. 43. L. Wang, Y. Zhao, S. ShiL. Wang, Y. Zhao, S. Shi.. Interplay between Mesenchymal Stem Cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and Tissue Regeneration .Interplay between Mesenchymal Stem Cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and Tissue Regeneration . J Dent ResJ Dent Res 9191L. Wang, Y. Zhao, S. ShiL. Wang, Y. Zhao, S. Shi.. Interplay between Mesenchymal Stem Cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and Tissue Regeneration .Interplay between Mesenchymal Stem Cells and Lymphocytes: Implications for Immunotherapy and Tissue Regeneration . J Dent ResJ Dent Res 9191 Las MSC pueden regular subpoblaciones de linfocitos, incluyendo las células T gamma delta, linfocitos T ayudadores CD4+ (Ths), linfocitos T citotóxicos CD8+ (CTL), las células asesinas naturales (NK), los linfocitos B y los linfocitos T reguladores (Tregs). Estos efectos pueden estar mediados por varios factores solublesEstos efectos pueden estar mediados por varios factores solubles secretados por MSC;secretados por MSC; (PGE2), (TGF β1), (NO), (IDO), o (HGF).(PGE2), (TGF β1), (NO), (IDO), o (HGF). Estos efectos pueden estar mediados por varios factores solublesEstos efectos pueden estar mediados por varios factores solubles secretados por MSC;secretados por MSC; (PGE2), (TGF β1), (NO), (IDO), o (HGF).(PGE2), (TGF β1), (NO), (IDO), o (HGF).
  44. 44. La infusión de MSC puede inducir la apoptosis de células T mediadas por múltiples interacciones paracrinas a través de FAS/FASL y los contactos célula-célula, así como la promoción de la generación de células T reguladoras, conduciendo finalmente a la Tolerancia Inmune.Tolerancia Inmune. (1)(1) las MSC mediante FAS controlan la secreciónlas MSC mediante FAS controlan la secreción de la proteína quimiotáctica de monocitos 1de la proteína quimiotáctica de monocitos 1 (MCP-1), y MCP-1 recluta células T activadas;(MCP-1), y MCP-1 recluta células T activadas; (2)(2) Las MSC utilizan FASL para inducir laLas MSC utilizan FASL para inducir la apoptosis de células T activadas;apoptosis de células T activadas; Este proceso consta de las siguientes etapas:Este proceso consta de las siguientes etapas:Este proceso consta de las siguientes etapas:Este proceso consta de las siguientes etapas: (3) Las células T apoptóticas posteriormente(3) Las células T apoptóticas posteriormente estimulan a los macrófagos para producir altosestimulan a los macrófagos para producir altos niveles de TGFniveles de TGFββ;; (4) Los niveles elevados de TGF(4) Los niveles elevados de TGFββ sobreregulansobreregulan los Tregs para inducir tolerancia inmunológica.los Tregs para inducir tolerancia inmunológica.
  45. 45. Los linfocitosLos linfocitos pueden poner en peligro la supervivencia y la diferenciación osteogénica de MSC implantadasMSC implantadas mediante la secreción de las citoquinas pro-inflamatorias IFN-γ, TNF-α y / o a través de la apoptosis mediada por la vía FAS/FASL. La propiedades inmunomoduladoras de las MSC podríanLa propiedades inmunomoduladoras de las MSC podrían traducirse en potenciales tratamientos clínicos entraducirse en potenciales tratamientos clínicos en MedicinaMedicina RegenerativaRegenerativa La propiedades inmunomoduladoras de las MSC podríanLa propiedades inmunomoduladoras de las MSC podrían traducirse en potenciales tratamientos clínicos entraducirse en potenciales tratamientos clínicos en MedicinaMedicina RegenerativaRegenerativa Afectando negativamente la regeneración tisular mediada por MSC.Afectando negativamente la regeneración tisular mediada por MSC.Afectando negativamente la regeneración tisular mediada por MSC.Afectando negativamente la regeneración tisular mediada por MSC.
  46. 46. Propiedades Inmunomoduladoras de las MSC enPropiedades Inmunomoduladoras de las MSC en Medicina RegenerativaMedicina Regenerativa Propiedades Inmunomoduladoras de las MSC enPropiedades Inmunomoduladoras de las MSC en Medicina RegenerativaMedicina Regenerativa El cultivoEl cultivo in vitroin vitro de MSC en matricesde MSC en matrices sintéticas con factores solubles sesintéticas con factores solubles se realiza en modelos preclínicos y enrealiza en modelos preclínicos y en estudios clínicosestudios clínicos El cultivoEl cultivo in vitroin vitro de MSC en matricesde MSC en matrices sintéticas con factores solubles sesintéticas con factores solubles se realiza en modelos preclínicos y enrealiza en modelos preclínicos y en estudios clínicosestudios clínicos FACTORES SOLUBLESFACTORES SOLUBLES SCAFFOLDSSCAFFOLDS Las células del microambiente receptormicroambiente receptor (huésped)(huésped) participan en la regeneración de tejidos basada en MSC extrínsecasMSC extrínsecas La supervivencia de las MSC implantadasMSC implantadas puede verse afectada por el sistemasistema inmune del huésped.inmune del huésped. Le Blanc K, Tammik C, Rosendahl K, Zetterberg E, Ringden O (2003). HLA expression and immunologic properties of differentiated and undifferentiated mesenchymal stem cells. Le Blanc K, Tammik C, Rosendahl K, Zetterberg E, Ringden O (2003). HLA expression and immunologic properties of differentiated and undifferentiated mesenchymal stem cells. Las MSC se consideran menos inmunogénicas porque expresan constitutivamente bajos niveles de CMH de clase I y son negativas para CMH de clase II Las MSC se consideran menos inmunogénicas porque expresan constitutivamente bajos niveles de CMH de clase I y son negativas para CMH de clase II (Le Blanc y col., 2003)(Le Blanc y col., 2003)
  47. 47. Las células TLas células T secretan IFN-γ para inhibir lainhibir la diferenciación osteogénicadiferenciación osteogénica de las MSCMSC implantadasimplantadas mediante la señalización Smad6/Runx2 y para desencadenar apoptosis mediante TNF-α a través de la activación de la caspasa 8 y caspasa 3 Como una estrategia novedosa para mejorar la regeneración ósea mediada por MSCregeneración ósea mediada por MSC, la administración local de aspirina o sistémica de células Tregs puede reducir los niveles de IFN- γ /TNF-α. protegiendo de este modo a las MSC del ataque de células T del huéspedcélulas T del huésped Como una estrategia novedosa para mejorar la regeneración ósea mediada por MSCregeneración ósea mediada por MSC, la administración local de aspirina o sistémica de células Tregs puede reducir los niveles de IFN- γ /TNF-α. protegiendo de este modo a las MSC del ataque de células T del huéspedcélulas T del huésped
  48. 48. CELULAS TRONCALES Medicina Regenerativa Las células “stem” se caracterizan por su prolongada capacidad de autorenovación y por su replicación asimétrica. Células Stem embrionarias / adultas
  49. 49. CELULAS TRONCALES EMBRIONARIAS Células pluripotentes que dan origen a todos los tejidos del organismo Para desarrollar ratones Knockout Repoblar órganos lesionados
  50. 50. CELULAS TRONCALES ADULTAS • Capacidad de diferenciación restringida • Usualmente linaje • Localizadas en Nichos • Células Troncales Hematopoyéticas • Células Troncales Estromales de Médula Ósea • Transdiferenciación /Plasticidad • Células progenitoras adultas multipotentes
  51. 51. Nichos de células troncales
  52. 52. Diferenciación de células embrionarias y generación de células diferenciadas por precursores de medula ósea
  53. 53. ¿QUE SIGNIFICA LA REGENERACION Y COMO FUNCIONA? Algunas partes de nuestro cuerpo puede repararse a sí mismas bastante bien después de la lesión, pero otras no se reparan en absoluto. ¿Qué podemos aprender de estos animales regenerativos? No podemos volver a crecer toda una pierna o el brazo, pero algunos animales pueden volver a crecer - o regenerar - partes enteras del cuerpo. Ambystoma mexicanum
  54. 54. ¿QUE SIGNIFICA LA REGENERACION? Es el crecimiento de una parte del órgano dañado o faltante a partir del tejido remanente. Como adultos, los seres humanos pueden regenerar algunos órganos, tales como el hígado. Si parte del hígado se pierde por una enfermedad o lesión, el hígado vuelve a crecer a su tamaño original, aunque no a su forma original. Y nuestra piel está siendo constantemente renovada y reparada. Desafortunadamente muchos otros tejidos humanos no se regeneran, por eso una meta en la medicina regenerativa es encontrar la manera de activar la regeneración de tejidos en el cuerpo, o bien para diseñar tejidos de reemplazo.
  55. 55. Regeneración Crecimiento de células y tejidos para reemplazar estructuras pérdidas. Requiere de un soporte de tejido conectivo intacto.
  56. 56. REGENERACION EN ANIMALES Hay muchos animales que pueden regenerar partes delHay muchos animales que pueden regenerar partes del cuerpo complejas con formas y funciones completas despuéscuerpo complejas con formas y funciones completas después de amputación o lesionesde amputación o lesiones.. Los invertebrados (animales sin columna vertebral), tales como el gusano plano o planaria pueden regenerar tanto la cabeza de una pieza de la cola, y la cola de una pieza de cabeza. Entre los vertebrados los peces pueden regenerar partes del cerebro, los ojos, los riñones, el corazón y las aletas. Las ranas pueden regenerar las extremidades, la cola, el cerebro y el tejido ocular como renacuajos, pero no como adultos. Y las salamandras pueden regenerar las extremidades (+/- 5 semanas), el corazón, la cola, el cerebro, los tejidos del ojo, el riñón, el cerebro y la médula espinal durante toda la vida.
  57. 57. ¿Cómo estos animales generan de nuevo estructuras tan complejas? Después de la amputación, las células madre se acumulan en el sitio de la lesión en una estructura llamada blastema. Un tema importante de la investigación es cómo las señales desde el sitio de lesión hacen que las células troncales formen el blastema y empiecen a dividirse para reconstruir la parte ausente. El blastema es una masa de células desdiferenciadas, encargadas de procesos de proliferación celular y rediferenciación de nuevas estructuras perdidas por posibles daños mecánicos (amputaciones) durante el proceso de regeneración.
  58. 58. ¿Qué pasa con las células troncales? ¿O son grupos separados de células troncales generan cada uno de los¿O son grupos separados de células troncales generan cada uno de los diferentes tejidos necesarios para compensar la nueva parte del cuerpo?diferentes tejidos necesarios para compensar la nueva parte del cuerpo? ¿Los animales utilizan un solo tipo de célula troncal en el blastema que pueden¿Los animales utilizan un solo tipo de célula troncal en el blastema que pueden diferenciarse en tipos diferentes de tejidos (célula troncal multipotente).diferenciarse en tipos diferentes de tejidos (célula troncal multipotente).
  59. 59. ¿Como funciona la regeneración? Investigaciones recientes en diferentes animales con capacidad de regeneración ha demostrado que existen diversas estrategias de las células troncales para regenerar partes del cuerpo a partir de múltiples tejidos, tales como músculo, nervio y la piel. El grupo de investigación de Peter ReddienPeter Reddien (MIT) demostró que una sola célula troncal puede regenerar todo un animal. Esto demuestra que las planaria adultas tienen células madre pluripotentes - células que pueden generar todos los tipos de células del cuerpo del animal. ¿Cómo se controlan estas células pluripotentes en la planaria para que NO formen tumores? Si comprendemos los principios y las moléculas que estos animales utilizan para regenerar tejidos adultos. ¿Podrá este conocimiento aplicarse a la regeneración o la ingeniería de tejidos humanos? The Reddien Lab. Regeneration Research. Whitehead Institute. MIT
  60. 60. No todos los animales acuden a células troncales pluripotentes durante la regeneración. Las células troncales que regeneran la cola del renacuajo y extremidades de una salamandra poseen propiedades diferentes las células troncales de planaria. Es decir una célula troncal muscular no puede originar piel y una célula troncal de piel no se diferencia a músculo. En renacuajos y salamandras cada tejido (músculo, nervio o piel) tienen su población propia de células troncales que originan los diferentes tipos de células en cada tejido. La salamandra utiliza células madre específicas de tejido paraLa salamandra utiliza células madre específicas de tejido para regenerar extremidades dañadas - cada célula madre sóloregenerar extremidades dañadas - cada célula madre sólo genera células que pertenecen a un tipo de tejidogenera células que pertenecen a un tipo de tejido
  61. 61. Es posible que las células diferenciadascélulas diferenciadas comiencen a dividirse y se desdiferencien para remplazar tejidos pérdidos. Esto sucede durante la regeneración cardíaca en el pez zebra (zebrafish); el cardiomiocito prolifera para ocupar miocardio pérdido. Este fenómeno se efectúa en corazones de ratones recién nacidos, pero se pierde a medida que el ratón madura. Sin embargo, la regeneración puede basarse no solo en células troncalescélulas troncales Sin embargo, la regeneración puede basarse no solo en células troncalescélulas troncales Es necesario comprender como las células diferenciadasEs necesario comprender como las células diferenciadas vuelven a dividirse y generan nuevo tejido cardíaco.vuelven a dividirse y generan nuevo tejido cardíaco. ¿Porque esta capacidad se perdió en los humanos?¿Porque esta capacidad se perdió en los humanos? Es necesario comprender como las células diferenciadasEs necesario comprender como las células diferenciadas vuelven a dividirse y generan nuevo tejido cardíaco.vuelven a dividirse y generan nuevo tejido cardíaco. ¿Porque esta capacidad se perdió en los humanos?¿Porque esta capacidad se perdió en los humanos?
  62. 62. Esas células troncales multipotentes específicas de tejidos quizás son similares a las células troncales humanas que remodelan y reparan tejidos como la piel o el músculo. ¿Porque estas células troncales regeneran una extremidad completa en salamandras, pero solo reparan daños en los tejidos de nuestro cuerpo? ¿Porque estas células troncales regeneran una extremidad completa en salamandras, pero solo reparan daños en los tejidos de nuestro cuerpo?
  63. 63. Regulación de las poblaciones celulares
  64. 64. Clonación Terapéutica
  65. 65. Transducción de señales • Receptores con actividad tirosina cinasaReceptores con actividad tirosina cinasa • Receptores carentes de actividad tirosinaReceptores carentes de actividad tirosina cinasacinasa • Receptores acoplados a proteínasReceptores acoplados a proteínas transmembrana acoplados a proteínas Gtransmembrana acoplados a proteínas G • Receptores de Hormonas esteroideasReceptores de Hormonas esteroideas
  66. 66. Factores de Transcripción • C-mycC-myc • C-junC-jun • C-fosC-fos • p53p53
  67. 67. Interacciones células - MEC

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