Dr. Manuel Álvarez-Dolado

Lab. de Terapia Celular en Neuropatologías

manuel.alvarez@cabimer.es

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 manuel.alvarez@cabimer.es

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