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martes, 30 de diciembre de 2014

EL CIENTÍFICO DE LA SEMANA: Profesor Damián García Olmo


CURAR CON CELULAS UNA REALIDAD ESCURRIDIZA. 

 “Solo los que intentan lo absurdo pueden lograr lo imposible” 
Albert Einstein

Damián García Olmo
Catedrático de Cirugía de la Universidad Autónoma de Madrid.
Jefe del Departamento de Cirugía y Director de la Unidad de Terapia Celular del Hospital Universitario Fundación Jiménez Díaz. IDC-Salud. Madrid.

Durante la última década los estudios sobre el uso de las células madre para tratar enfermedades no hematológicas han tenido una gran repercusión en la literatura científica y sorprendentemente en los medios de comunicación de masas. Muchos de los ambiciosos estudios preclínicos y experimentales han llevado al conocimiento suficiente para dar el salto a la experimentación en el contexto de ensayos clínicos y usos compasivos. Sin embargo la realidad es que todavía no podemos considerar rutina clínica ninguna de las promesas iniciales.
El uso de células madre para tratar enfermedades ha obligado al desarrollo de ensayos clínicos similares a los de los medicamentos para evaluar su seguridad y eficacia. En la actualidad se está enfatizando en el diseño de ensayos en fase I y II para investigar sus mecanismos de acción, la dosis óptima y la vía de administración. Como en los estudios con medicamentos, también es muy importante la seguridad del producto a corto y a largo plazo, siendo necesario estudios de larga duración para asegurar la recogida de todos.
La situación actual de los ensayos clínicos en terapia celular en los países occidentales puede estudiarse en la base de datos del Instituto Nacional de la Salud de los Estados Unidos de Norteamérica (clinicaltrials.gov). Actualmente (diciembre-2014) se están desarrollando más de 4.000 ensayos, todos utilizando células obtenidas de sujetos adultos (los dos registrados con células embrionarias están inactivos en este momento). La gran mayoría son con células hematopoyéticas, pero podemos encontrar más de un centenar con células no hematopoyéticas. Con células mesenquimales (probablemente el tipo de célula madre que más esperanzas suscita) encontramos más de un centenar. La mayoría usa células derivadas de la médula ósea puesto que se utiliza toda la infraestructura que los servicios de hematología tienen para el trasplante. Estos datos son aún más interesantes si los comparemos con los de hace diez años cuando sólo existía registrado un ensayos clínico que utilizaba células mesenquimales. La gran mayoría de estos ensayos clínicos están aun en fases iniciales (fases I y II) y ningún grupo ha finalizado con éxito ningún ensayo clínico avanzado (fase III) por lo que estrictamente no podemos decir que estas terapias hayan demostrado verdadera eficacia clínica en ninguno de los campos estudiados.
La evolución lógica de este fenómeno es hacía un incremento del número y calidad de los ensayos clínicos y un aumento del número de aplicaciones con el fin de aclarar sus verdaderas virtudes terapéuticas. Por ahora nuestra experiencia común coincide sobre todo con la seguridad pero la eficacia de los productos celulares estudiados tiene pendiente la realización de ensayos clínicos avanzados adaptados a las peculiaridades del producto celular.
Las Células Madre en la enfermedad de Crohn como ejemplo práctico de la búsqueda de la mejor evidencia científica.

Probablemente, los avances más destacados se han logrado en esta enfermedad de base inmunológica y especialmente en el tratamiento de una de sus principales complicaciones: la afectación fistulosa.
En cuanto a la enfermedad luminal las primeras pruebas de esta aplicación proceden de análisis retrospectivos de transplantes hematológicos así por ejemplo en una serie se observa remisión en cuatro de cinco pacientes con Crohn y leucemia tras transplante de médula ósea alogénica. Tras estos resultados comienzan los ensayos clínicos con células madre hematopoyéticas como tratamiento primario de la enfermedad.
La única patología plenamente quirúrgica en fase de ensayos clínicos es la patología fistulosa compleja perianal. El uso de Células Mesenquimales derivadas de la grasa (ASCs) es el más estudiado.
En 2002 se realizó el primer implante de ASCs autólogas para intentar sellar una fístula rectovaginal recidivada y refractaria en una paciente con Crohn. Actualmente dicha fístula se encuentra cerrada. Posteriormente se desarrolló un ensayo clínico en Fase I, prospectivo, unicéntrico, no controlado y abierto. Se incluyeron cinco pacientes con enfermedad de Crohn y fístulas complejas (enterocutáneas, rectovaginales o perianales) refractarias a tratamiento médico-quirúrgico. Lo más importante es que se demostró la factibilidad y seguridad (no han aparecido efectos adversos ni tumores). A continuación de desarrolló un Ensayo Clínico en Fase II, multicéntrico, aleatorizado, controlado y abierto. Se incluyeron 50 pacientes con patología fistulosa perianal compleja con (n=14) y sin (n=35) enfermedad de Crohn. Lo más importante es que se demostró la seguridad y eficacia (no han aparecido efectos adversos ni tumores y un 70% de cierres). Un ensayo clínico en Fase III para el tratamiento no quirúrgico de la fistula perianal compleja en pacientes sin enfermedad de Crohn finalizó sin demostrar una ventaja evidente de la terapia celular sobre la fibrina. Acaba de finalizar el reclutamiento de un ensayo clínico en fase III dirigido a conocer la posibilidad de usar alogénicamente las células mesenquimales derivadas del lipoaspirado en la patología fistulosa perianal de la enfermedad de Crohn y en el segundo cuatrimestre del 2015 conoceremos los resultados.


Futuro: Hacia una medicina regenerativa y verdaderamente humana
El reconocimiento de las células madre como un verdadero medicamento y la legislación creada al respecto, hará que su irrupción en el mercado sea más segura y controlada. Es esperable la aparición de células madre para uso clínico rutinario (como un fármaco más) si se completan con éxito los estudios en Fase III (ensayos clínicos de eficacia) que actualmente están en marcha. Es importante resaltar que empresas biofarmaceúticas y biotecnológicas están invirtiendo en el campo de la terapia celular como una buena oportunidad de negocio, lo que sin duda ayudará a que los avances del laboratorio lleguen al enfermo. En este sentido, un hecho a destacar es que estamos viviendo una colaboración exhaustiva entre científicos básicos y clínicos. De forma que podríamos decir que la ciencia básica, los investigadores clínicos y los elementos de producción se están alineando en el campo de las células madre. Esta realidad está consiguiendo acelerar el normal tránsito del laboratorio a la clínica y con ello el aumento en la demanda de productos celulares para su aplicación. Se trata pues de un claro ejemplo de lo que se ha denominado “investigación traslacional”.
Otra tendencia de futuro detectada en este campo es hacia el uso de células procedentes de donantes sanos y bancos celulares. La terapia autóloga (usar las células del propio individuo enfermo para curar sus enfermedades) puede retrasar la aplicación terapéutica en patologías urgentes y puede excluir determinados pacientes como por ejemplo aquellos en los cuales no se pueda obtener tejido o tengan enfermedades autoinmunes. Por ello, cada vez se están realizando más estudios y ensayos con células alogénicas (de donantes). Si demostraran buenos resultados, se podrían crear bancos de células madre preparadas para su uso clínico. De esta forma en un futuro la terapia celular se podría convertir en un tratamiento utilizable diariamente para una gran cantidad de problemas clínicos, cuya resolución sería imposible con las herramientas clásicas disponibles.
Mientras esperamos que los ensayos clínicos nos informen de las verdaderas virtudes terapéuticas de las células, miramos al laboratorio para que nos busquen nuevos tipos celulares más eficaces y que nos aseguren una total seguridad para el receptor. Pero lo que más nos gustaría es que estas células fueran capaces de integrarse y funcionar en el contexto de un órgano y de la compleja homeostasis de un organismo adulto. Si esto se consiguiera se podría dar el ansiado salto de la terapia celular a una verdadera medicina regenerativa que podría resolver problemas clínicos de gran trascendencia. Pero, la imaginación, aunque es buen motor para la ciencia, requiere del contraste riguroso y metódico para llegar a realidades válidas para el hombre enfermo y en tanto no se demuestren no deberían comunicarse infundadas esperanzas.
Me gustaría también destacar que en el campo de la investigación con células madre hemos vivido unos episodios apasionantes en la discusión sobre las mejores fuentes celulares y el respeto de la dignidad humana. Hemos visto fraudes científicos escandalosos (la clonación humana), charlatanería (científicos prometiendo curaciones cuasi milagrosas) y mucha intolerancia. Pero al final la ciencia, con su método y su rigor, busca la verdad y la encuentra. Tras una polémica falaz y bio-política sobre si eran mejores las células madre embrionarias o las adultas, los experimentos de Yamanaka demostraron que podemos obtener células con las mismas propiedades que las embrionarias de células diferenciadas de cualquier individuo (iPs), así que no se prevé que esta polémica pueda resurgir. Podríamos decir que la verdad siempre está con el verdadero sentido del Ser Humano.

viernes, 19 de diciembre de 2014

Un regalo de Navidad: Sí he estudiado ingeniería biomédica…


Por el Dr. Fernando de la Portilla
Profesor de Ingeniería Tisular de la Universidad de Sevilla

Resulta llamativo que a estas altura de la película, cuando se habla de ingeniería biomédica, tengamos que escuchar, ¿y eso que es?.

Es llamativo porque entre otras cosas la persona que realiza esa inocente pregunta, pero que tanto nos “jode”, tenga, utilice o sea usuario de algo que estos ingenieros han diseñado.

Pero resulta aún más inquietante escuchar en boca de los propios protagonistas que no saben qué hacer con sus bastos conocimientos.

¿Quién dudaría ahora al catalogar a Leonardo da Vinci como un experto en ingeniería de la salud?, porque no me cabe la menor duda que esta disciplina tiene mucho de arte y ciencia, a partes iguales. No tenía más que imaginación y deseo de cambiar lo que le rodeaba.

Diseñar, crear, probar, ensayar, pensar, construir para mejorar la salud, …, son algunos de los adjetivos que se me ocurren que puedan definir esta disciplina múltiple.

Os propongo un ejercicio muy sencillo para estas navidades, coged todas vuestras asignaturas, ordenadlas según os guste, y poned una empresa europea relacionada. Para ello debéis iros al buscador de Internet y poned junto al nombre de la asignatura la palabra empresa. Al terminar os encontrareis con un mundo de oportunidades que debéis empezar a explorar.

Algunas personas sueñan con hacer grandes cosas, mientras otras están despiertas y las hacen,…, Feliz Navidad y próspero año de graduación.



domingo, 7 de diciembre de 2014

EL CIENTÍFICO DE LA SEMANA: Profesor Damián García Olmo


Ponemos esta deliciosa carta que el Profesor Damián García Olmo publicó en el año2003 en la prestigiosa revista The New England Journal of Medicine y la réplica que hace la Dra. Nadia Rosenthal.


 



The Vulture and Stem Cells
N Engl J Med 2003; 349:1480-1481


Damian Garcia-Olmo, M.D., Ph.D.
Universidad Autonoma de Madrid, 28046 Madrid, Spain
damian.garcia@uam.es


Rosenthal (July 17 issue) begins her article by considering the myth of Prometheus. She says that a vulture preyed daily on his self-renewing liver. Indeed, Greek mythology tells us that a bird ate Prometheus's liver, but older sources allude to an eagle instead of a vulture (Prometheus Attacked by Zeus's Eagle.). This is not a trivial point, because vultures are scavengers, whereas eagles are birds of prey. Vultures would never eat living animals. This cultural imprecision might seem unimportant, but terminology is key with respect to the issue of the “stem-cell promise.” Semantic differences between terms such as “nuclear transfer” and “therapeutic cloning”are very important.
To continue the theme of Greek mythology, we suggest the myth of Phaethon. Helios (the Sun) drove his scalding carriage through the skies every day. Having made insistent requests, Phaethon, Helios's young and inexpert son, managed to drive the chariot for a day, but he could not stop the runaway horses, whose path threatened to burn the Earth. Annoyed, Zeus struck Phaethon with a lightning bolt. Since adult stem cells appear to show clinical safety and feasibility, it should be noted that other sources of cell therapy could be dangerous, at least until we have wider knowledge about how to control them.


Dr. Rosenthal replies: I commend my colleagues for their careful perusal of the ancient literature, having correctly identified two sources of the Greek legend where an eagle, probably a symbol of Zeus himself, was sent to torture the Titan Prometheus. As noted by other scholars, the Promethean tale resembles one described in Homer's Odyssey, in which Tityos is tormented by two vultures and may have been the original victim of this punishment.
An earlier legend holds precedence in the Caucasus, where earthquakes were allegedly caused by the struggles of a fierce giant, fettered in a mountain cave for his various impieties while a vulture pecked intermittently at his bowels. Perhaps it was this ancient version to which Bulfinch's The Age of Fable alludes in describing Prometheus “chained to a rock on Mount Caucasus, where a vulture preyed on his liver.” Other literary figures, including Byron, have also described the vulture of Promethean legend.
As for the argument that vultures never eat live flesh, this is not strictly true. They are omnivorous, feeding chiefly on carrion because they have relatively weak beaks and lack the strength of other birds of prey. They rarely attack live prey unless it is rendered helpless. One might argue that Prometheus was defenseless against the attacks of emboldened raptors, but the true ornithologic identity of his devourer remains enshrouded in the mists of myth. Let us hope that as scientists we leave less indeterminate the documentation of the illusive stem cell's true identity.
(I am indebted to Professor Brian Bothwick, Department of Classics and Ancient History, University of Western Australia, for his invaluable tutelage and for the use of his excellent library.)

Nadia Rosenthal, Ph.D.
European Molecular Biology Laboratory, 00016 Monterotondo, Italy

viernes, 14 de noviembre de 2014

EL CIENTÍFICO DE LA SEMANA: Sonia Contera


Física y nanotecnología en ingeniería de tejidos, o cómo comunicarse con las células usando fuerzas

Por Sonia Contera,
co-directora y fundadora del Instituto Oxford Martin de Nanociencia para la Medicina, Departamento de Física, Universidad de Oxford.

Las células usan fuerza para explorar los materiales que les rodean
La mayor parte de las células inspeccionan los materiales con los que entran en contacto usando interacciones adhesivas en la escala nanométrica (Imagen 1). Cuando las células se adhieren a un substrato, modulan sus propias propiedades mecánicas endureciéndose o ablandándose según a qué material se peguen usando fuerzas ejercidas por su citoesqueleto para obtener información y adaptarse mecánicamente a su entorno. Se ha demostrado que las propiedades mecánicas del substrato pueden afectar a la diferenciación celular. En los tejidos vivos, las células se organizan como resultado de interacciones complejas, dinámicas y reciprocas con la matriz extracelular, que es un entramado de moléculas, y estructuras fibrosas mecánicamente activo. En los huesos las células madre se endurecen y en el cerebro se ablandan.
Estos resultados han abierto una de las posibilidades más interesantes del campo, la utilización de nanomateriales sintéticos para controlar la diferenciación celular usando fuerzas. ¿Cómo conseguirlo? El primer problema es la caracterización cuantitativa de las propiedades mecánicas de las células en la escala nanométrica (por ejemplo, cuántos mega-pascales describen su tensión). Saber lo blanda o lo dura que es una célula no es trivial, hay que reinventar las técnicas y las teorías usadas por el campo de la mecánica de los medios continuos para caracterizar materiales, y esto no es tarea fácil porque las células son mucho más complejas que, por ejemplo, los polímeros. Actualmente hay un número creciente de físicos que trabajamos en desarrollar técnicas experimentales y teóricas que nos permitan entender cómo las células vivas sienten y ejercen fuerzas y cómo ajustan sus propiedades mecánicas a su función adaptándose y remodelando su entorno.
Aprender la física de las células para poder controlar su función
En mi laboratorio, en colaboración con científicos en muchas partes del mundo, hemos desarrollado técnicas basadas en una herramienta de la nanotecnología (la microscopía de fuerzas) que nos permiten medir estas propiedades mecánicas con precisión nanométrica en células vivas1, (Imagen 2). Usando estas y otras técnicas, y nuevas teorías, fabricamos andamios tisulares diseñados para dar señales mecánicas y controlar la función celular. De ésta manera usamos la nanotecnología para entender la física de las células, y después utilizamos este conocimiento para fabricar nanomateriales que cada vez sean más capaces de expresar la física que comprenden las células y dirigir así su respuesta y su función.
1 ‘Mapping nanomechanical properties of live cells using multi-harmonic atomic force microscopy’ A. Raman, S. Trigueros, A. Cartagena, A. P. Z. Stevenson, M. Susilo, E. Nauman & S. A.Contera Nature Nanotechnology 6, 809–814 (2011)
2 “Sub-nanoscale free volume and local elastic modulus of chitosan/carbon nanotube nanocomposite scaffolds for tissue engineering” E. Axpe, … S. Contera, (2014), in press.



Imagen 1 : Imagen de microscopia de fuerzas de células vivas explorando, adhiriéndose, y adaptándose a un material con nanoestructuras. (Contera Lab)



Imagen 2: Mapa de las propiedades mecánicas de células madre vivas usando microscopia de fuerzas, usando una punta nanométrica para deformar células dando golpecitos intermitentes. La punta está integrada con una micro-palanca que se dobla según la dureza de la célula. Usando teoría mecánica de medios continuos se puede inferir la dureza de la célula por la deformación dela micro-palanca. (Contera Lab)

martes, 7 de octubre de 2014

EL CIENTÍFICO DE LA SEMANA: Prof. Mariano García Arranz


Si entendemos la Ingeniería Tisular como la asociación de principios y métodos de ingeniería con unidades moleculares, celulares o tejidos nos damos cuenta del carácter multidisciplina que tiene la investigación y por lo tanto la necesidad de aunar esfuerzos entre diferentes dialectos para conseguir una lengua común que nos genere sustitutos biológicos para reparar, restablecer o mejorar funciones de tejidos u órganos.
Durante las últimas décadas la ingeniería tisular ha ido avanzando a un ritmo insospechado e incluyendo en su amplia “cartera de servicios” nuevos biomateriales, progresos en terapia celular, progresos en terapia génica y nanoproteínas con un solo fin regenerar tejidos/órganos dañados o generar nuevos tejidos/órganos. Cuatro son los pilares que sustentan esta nueva y prometedora ciencia:
  1. La Terapia celular, cada vez conocemos mejor, aunque aún nos falta mucho por conocer, el proceso del desarrollo celular y por lo tanto las diferentes células, especialmente células stem, implicadas en el desarrollo del organismo. También debemos incluir los enormes esfuerzos científicos que han llevado a la generación de iPS (células pluriponentes inducidas) como una nueva herramienta en pos del conocimiento.
  2. La bioingeniería, desde mediados del siglo XX ya se usaban materiales creados mediante ingeniería tradicional para reemplazar tejidos dañados en el organismo, obvia comentar el enorme salta cuantitativo y cualitativo que se ha producido en la evolución de materiales para uso clínico. Actualmente los biomateriales se pueden obtener “a la carta”, no sin enormes dificultades en algunos casos, pero uno puede seleccionar su carga eléctrica, tamaño, porosidad, degradación,… y algo muy importante su atoxicidad a unirse a las células que uno desee.
  3. La Terapia génica, el reemplazo de genes con el objetivo de tratar patologías monogénicas es una realidad clínica, ya se están eliminando las barreras que se habían generado en el pasado de inserciones aleatorias en el genoma o posibilidad de activación del virus que se usaba como vehículo.
  4. Las nanopartículas y nanoproteínas, la llegada de las denominadas nanociencias nos abre un nuevo mundo microscópico que nos permite llegar de forma precisa a estructuras impensables y poder concentrar los esfuerzos a una célula, tejido u órgano diana.
Pero si algo ha avanzado es el proceso de expansión celular, bien células solas, modificadas genéticamente o bien asociadas a nanopartículas o biomateriales, uno de los grandes saltos que ha permitido este progreso en la ingeniería celular han sido los birreactores. Con ellos hemos pasado de unas condiciones poco o nada fisiológicas de cultivo a unas condiciones en las que controlando todos los parámetros nos podemos aproximar al cultivo fisiológico. Por último, hace 5 años se planteó una cuestión transcendental ¿por qué no usar el propio cuerpo humano como biorreactor?, para responder a esta pregunta se están desarrollando numerosos estudios entre los que podríamos destacar dos significativos avances de Ingeniería tisular: la descelurarización y recelularización de órganos (Dorys Taylor et al. Nature Medicine.2008;14(2):213-21) y la generación de animales transgénicos que con señales controladas vuelvan sus células en iPS y sean capaces de regenerar órganos dañados (Manuel Serrano et al. Nature, 2014).


Mariano García Arranz PhD


Cell Therapy Lab., 4th floor.

Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz

domingo, 28 de septiembre de 2014

El apartado de los científicos

Bienvenidos a este apartado: EL CIENTÍFICO DE LA SEMANA.

En esta sección un prestigioso científico publicará una entrada con su opinión sobre un tema que crea conveniente semanalmente.