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Dr. Manuel Álvarez-Dolado
Lab. de Terapia Celular en Neuropatologías
Terapia Celular
y recuperación de
lesiones cerebrales
¿Qué es una Célula Madre?
• Es una célula progenitora
• Autorenovable
• Capaz de generar uno o más tipos
celulares diferenciados
• CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS
Totipotentes / Pluripotentes
Xenotrasplante
Gran controversia ética
• CÉLULAS MADRE FETALES
Multipotentes
Xenotrasplante
Casi carentes de problemas éticos
• CÉLULAS MADRE DEL ADULTO
Multipotentes
Autotrasplantables
Exentas de problemas éticos
• CÉLULAS MADRE INDUCIBLES (iPSC)
Pluripotentes
Autotrasplantables
Exentas de problemas éticos
TIPOS DE CÉLULAS MADRE
Supervivencia
Distribución
Diferenciación
Integración
Funcionalidad
Seguridad
Requisitos Buena Terapia Celular
Células Madre
Adultas
Laboratorio de Terapia Celular en Neuropatologías
CM ADULTAS DE LA MÉDULA OSEA
Hematopoietic stem cells
Give rise to all the blood cell types:
Found in the bone marrow from very early on in development, as well
as in umbilical cord blood and placental tissue
Myeloid (monocytes
and macrophages,
neutrophils, basophils,
eosinophils,
erythrocytes,
megakaryocytes/platele
ts, dendritic cells)
Lymphoid (T-cells, B-
cells, NK-cells)
Mesenchymal stem cells
The bone marrow supportive framework or stroma contains mesenchymal stem cells (MSC).
These stem cells will differentiate in vivo into:
cartilage cells (chondrocytes)
muscle cells (myocytes)
fat cells (adipocytes)
tendons, ligaments, and connective tissue (epithelial cells including osteoblasts)
Ann in vitro they can be pushed to:
insulin-producing cells
Neuronal-like cells.
Smooth muscle cells (red)
Células Madre Adultas
CM Derivadas de la Médula Ósea
- Hematopoyéticas
- Mesenquimales
- Endotelio (EPC)
CM Similares a las de MO
- Cordón Umbilical - Placenta – Líquido Amniótico
- Grasa, Dientes
CM Adultas Específicas de Tejido
- Neurales, Músculo, Hepáticas, Piel, etc...
Umbilical Cord Stem Cells Cord blood itself has been used for almost 2 decades to
treat a wide variety of related diseases (Such as
leukemia). In one study, purposely mismatched cord
blood was given to cancer patients and actually resulted
in notable benefit (Tumor shrinkage).
Umbilical cord stem cells are considered adult stem cells
but are only 8-9 months old.
Because the baby’s blood has to be compatible with the
mother’s blood, it has reduced immune defenses. As a
result, stem cells from cord blood rarely provoke an
immune rejection reaction in recipients.
Fat-Derived Stem Cells
Stem cells taken from a person’s own fat (autologous)
can be injected in wrinkles and will stimulate production
of collagen (Thus reducing the appearance of wrinkles).
There is some tentative published clinical evidence that
fat-derived stem cells can help regenerate heart tissues
damaged by a heart attack.
In Japan, fat-derived stem cells have been found to help
in reconstructing breast tissue after surgery for cancer.
Some researchers have found that fat-derived stem cells can be coaxed to become bone cells.
Plasticidad de las
Células Madre Adultas
Derivadas de la Médula Ósea
1) Diferenciación reemplazando a las células
dañadas o muertas
2) Secreción de factores que promueven la supervivencia de las células en degeneración
3) Fusión celular entre Células de la Médula Ósea
con Células Residentes Maduras
MECANISMOS
Ya se han realizado
cerca de 100 ensayos
clínicos con células
madre de diferente
origen (principalmente
con MSC) para el
tratamiento del Ictus
Apenas existen
fármacos efectivos
tPA, Lipoico,
anticuagulantes
Progresión del número de ensayos
clínicos con células madre derivadas
de la MO en los últimos años
https://clinicaltrials.gov/
USO DE CÉLULAS MADRE
Neurales
Cordón Umbilical
CMMO
ISQUEMIA CEREBRAL O ICTUS
Mayor Supervivencia
Mejoría en Sintomatología
Reducción Área Dañada en Zona
de Penumbra
3ª Causa de muerte en países occidentales 70.000 casos/año en España (Prevalencia 7-8% en >60 años)
MODELO DE CRIOLESIÓN
Putative bone marrow populations involved in repair after stroke
ICTUS Y TRASPLANTES DE CMMO
Muy poca integración en el tejido dañado 1-0.5% de células con marcadores neuronales
Efectos por Secreción de Factores Tróficos Interleukinas, FGF-2, GM-CSF, TNF-a
(Efectos antiapoptóticos y en neurogénesis)
Angiogénesis o Vasculogénesis VEGF
Células Precursoras de Endotelio (EPC)
NO surgen por
Fusión Celular
GRAN PRESENCIA DE CÉLULAS PROCEDENTES
DEL TRASPLANTE EN LA ZONA DE LESIÓN Y PENUMBRA
ABUNDANCIA
EN VASOS
SANGUINEOS DE
LA ZONA DE
PENUMBRA
Proliferación celular en la lesión tras el tratamiento
Astrocitos y vasos sanguíneos tras el tratamiento
Aumento de vasos sanguíneos tras el tratamiento
Plasticidad de las
Células Madre Adultas
Derivadas de la Médula Ósea
1) Diferenciación reemplazando a las células
dañadas o muertas
2) Secreción de factores que promueven la supervivencia de las células en degeneración
3) Fusión celular entre Células de la Médula Ósea
con Células Residentes Maduras
MECANISMOS
Progenitores
Neurales Fetales
Laboratorio de Terapia Celular en Neuropatologías
Nestina (glia radial)
GAD65-GFP (interneuronas)
Marín et al., 2003
E13.5
E13.5
NF-100
GFP
Origen Precursores GABAérgicos y Migración Tangencial
Zona Zona
Proliferativa Postmitotica
ZV ZSV ZM
Arritmias en Enfermedades Mentales
Células Excitatorias
Cajal, 1911
Director
-Ritmo
-Sincronización
-Tempo
Músicos
-Sonido
-Melodía
-Tono
Epilepsia, Esquizofrenia, Autismo.
Enfermedad de Alzheimer
Células Inhibitorias
(interneuronas)
1% de prevalencia (puede que superior)
Hiperactividad del S. Activador
Inhibición del S. Inhibitorio
Canalopatías
Alteraciones Morfológicas
Mutaciones Génicas
Shocks Traumas
Tumores
Alteraciones del S. Gabaérgico
Etiología de la Epilepsia
Epilepsia en España
España tiene actualmente 250.000 pacientes epilépticos, cuyo tratamiento
supone un coste de casi 14 millones de euros anuales.
Fármacos como la Gabapentina, un precursor de GABA, o como las
Benzodiazepinas que activan la inhibición mediada por GABA, presentan una
eficacia aceptable.
Sin embargo, el principal problema terapéutico de la epilepsia es la
farmacorresistencia: la persistencia continuada de crisis a pesar de una
adecuada medicación. Se calcula que el 20-30% de las epilepsias son
incontrolables pese al tratamiento farmacológico.
¿Qué soluciones hay para los pacientes farmacorresistentes? - Resección
- Cirugía Funcional
Un estudio reciente de la Agencia Española de Evaluación Tecnológica
considera que el tratamiento quirúrgico solo resolvería el problema a 2.500 de
los 50.000 pacientes epilépticos farmacorresistentes.
Embriones GFP+
E13-14
Análisis de los Efectos del Trasplante
A nivel de HISTOLOGÍA - Destino de las células trasplantadas
- Efectos sobre el tejido del huésped
- Interacción trasplante-huésped, contactos sinápticos
A nivel de ELECTROFISIOLOGÍA - A nivel celular mediante Patch Clamp
- A nivel cerebral mediante EEG
A nivel de COMPORTAMIENTO - Hiperactividad y Locomoción (Campo abierto)
- Estrés/Ansiedad (Laberinto elevado en cruz)
- Memoria (NORT y Barnes’ maze)
TRASPLANTE DE PRECURSORES NEURONALES
DERIVADOS DE LA MGE EN EL CEREBRO PERINATAL
3dat 21dat
70% of trasplanted
cells express GABA
Expression of Interneuron Specific Markers
(Calcium Binding Proteins)
Somatosensory Cortex
Electrophysiology of transplanted cells
Functional integration and modification
of cortical inhibitory activity
Trasplantes de Precursores GABAérgicos en el
Modelo de TLE por Pilocarpina
PILOCARPINA (3S,4R)-3-ethyl-4- [(3-methylimidazol-4-yl) methyl]oxolan-2-one
Alcaloide muscarínico obtenido de las hojas de un arbusto
tropical americano del género Pilocarpus
Actúa como un agonista del sistema colinérgico
2 meses 5-7 días
Trasplantes de Precursores GABAérgicos en el
Modelo de TLE por Pilocarpina
Efecto de los Trasplantes Tempranos Sobre
las Crisis Recurrentes Después de 3 meses
Row Stats of Data 1:Row means with SD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
Control
Pilo
Pilo+MGE
Weeks After Transplat
Sp
ikes/h
ou
r
Row Stats of Data 1:Row means with SD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 90
50
100
150
Control
Pilo
Pilo+MGE
Weeks After Transplat
Sp
ikes/h
ou
r
*
***
***
Efecto del Trasplante Sobre el Espectro de Ondas
Frequency
Delta Theta Alpha Beta Gamma0
10
20
30
40
ControlPiloPilo+MGE
Fre
qu
en
cy (
Hz)
Delta Theta Alpha Beta Gamma0
10
20
30
40
50
60
Control
Pilo
Pilo+MGE
Power
% o
f P
ow
er
Frequency
Delta Theta Alpha Beta Gamma0
10
20
30
40
ControlPiloPilo+MGE
Fre
qu
en
cy (
Hz)
**
***
Theta
Control Pilo Pilo+MGE0
10
20
30
40
%
of
Po
wer
Gamma
Control Pilo Pilo+MGE0
5
10
15
20
25
% o
f P
ow
er
** * *** ***
(0.5 - 4 Hz) (4 - 10 Hz) (10 - 13 Hz) (13 - 20 Hz) (20 - 80 Hz) (13 - 20 Hz)
Effects of early grafts on inhibitory activity (2 months after transplant)
Cuantificación Daño Celular
New Therapeutic Applications
of the MGE-derived GABAergic cells?
MGE-grafts in other animal models of diseases:
West Syndrome - Infantile Epileptic Encephalopathy
Alzheimer Disease - Epileptiform Activity and Cognitive Deficits
Síndrome de West
Dos tipos:
Sintomáticos
Criptogénicos
ARX and CDKL5
William James West 1841,
triada sintomática:
Espamos Infantiles
Alteraciones del
desarrollo psicomotor
Hipsarritmias en los
registros de EEG (Dr.
Gibbs, 1952)
Grupo de síndromes epilépticos catastróficos
Retraso mental
Flexión o extensiones de tronco y extremidades
Infantile Encephalopathy Mouse Models
A triplet Repeat Expansion Genetic Mouse Model of
Infantile Spams Syndrome (West Syndrome).
ARX (GCG)7
Pv-expressing Interneurons in Hippocampus Grafted with
GABAergic Progenitor Cells
Efecto del trasplante sobre el
comportamiento hiperactivo y ansioso
Conclusions
Survival
Distribution
Differentiation
Functionality
Integration
Safety
~20%
> 1 year
NO Tumor formation
NO Gliosis
Manuel Álvarez Dolado [email protected]
Colaboradores
J. Golden (CHOP)
V. Pachnis (MRC)
J.J. Palop (UCSF)
Cell-Based Therapies for Neuropathologies Lab
Becarios
Marina Piquer Gil
Daniel Rodríguez
Iván Zipancic
Postdocs
Mª Elisa Calcagnotto
Magdalena Martínez
Marina Ines Santos