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lunes, 23 de octubre de 2017

Reparar sin destruir

Fuente: http://www.diariomedico.com/2017/10/14/opinion-participacion/el-escaner/reparar-sin-destruir


Las nuevas técnicas de corrección genética ya se están probando en embriones humanos. Los primeros ensayos han originado, sin embargo, varias llamadas a la prudencia y a un debate que involucre a toda la sociedad.









A finales del mes pasado, la revista 'Protein & Cell' publicó los ensayos de corrección genética en embriones humanos clonados con talasemia beta a cargo del equipo de Junjiu Huang, de la Universidad Sun Yat-sen, en Guangzhou, China. En lugar de usar la técnica CRISPR, que reemplaza secciones enteras de genes, modificaron solo letras (bases) de ADN mediante una tecnología de edición genética desarrollada en Estados Unidos por el equipo de David Liu, de la Universidad de Harvard, también denominada 'cirugía química'.


Según informaba 'Nature' hace una semana, hasta ahora se han publicado ocho estudios sobre edición genética en embriones humanos, cinco de ellos en los dos últimos meses: algunos han analizado las tecnologías de corrección, otros han editado mutaciones patológicas y otros han estudiado mecanismos del desarrollo embrionario; ninguno ha permitido a los embriones desarrollarse más de 14 días. El mismo equipo chino publicó en abril de 2015 en la misma revista el primer estudio, en el que usaron la técnica CRISPR-Cas9 para reemplazar el gen HBB, cuya mutación se asocia a la talasemia beta. Los autores reconocieron que la eficacia lograda fue baja: de 86 embriones tratados, 71 sobrevivieron, 54 se analizaron y, de ellos, 28 presentaban el ADN editado, pero sólo unos pocos incorporaban la modificación genética. En el ensayo de ahora informan de que en 8 de 20 embriones clonados lograron convertir la base G errónea en la A correcta en una o ambas copias del gen HBB. La tasa no es muy alta y además no se corrigieron todas las células de los ocho embriones; tampoco pudieron evitar el mosaicismo.


También el pasado 20 de septiembre, el equipo de Kathy Niakan, del Instituto Francisc Crick, en Londres, informaba en 'Nature' de que, con el permiso de la Human Fertilisation and Embriology Authority británica, había usado embriones humanos desechados de clínicas de fecundación y donados por sus dueños para analizar los estadios tempranos del desarrollo embrionario manipulando el gen OCT4, esencial para esa etapa.


Y a comienzos de agosto pasado, los grupos de Shoukhrat Mitalipov, en la Universidad de Ciencias de la Salud de Oregón; de Juan Carlos Izpisúa en el Instituto Salk, en California; de Jin-Soo Kim, del Instituto de Ciencias Básicas, en Seúl, y el centro de secuenciación genómica chino BGI, publicaban en 'Nature' la corrección, mediante CRISPR-Cas9 en células madre de pluripotencialidad inducida (iPS) derivadas de la piel de un varón con miocardiopatía hipertrófica, de la copia mutada del gen MYBPC3. La enzima Cas9 cortó el gen alterado para que el ADN celular desplegara sus mecanismos de reparación. Luego introdujeron esas células en una serie de óvulos sanos fecundados con espermatozoides del paciente. Lo sorprendente fue que, en lugar de usar la plantilla de ADN suministrada, los embriones recurrieron a la copia sana del gen para corregir la mutación. Juan Carlos Izpisúa, profesor del Laboratorio de Expresión Genética del Instituto Salk, dijo que "la corrección del alelo masculino no ocurrió, como uno esperaría, gracias al ADN que aportamos, sino que se debió al alelo femenino correcto. Es un mecanismo que no está presente en las células somáticas".



Estos intentos han despertado desde sus inicios llamadas a la cautela por lo que implican de manipulación de embriones y de su línea germinal. En julio pasado, una veintena de investigadores y representantes de comités de ética europeos, entre los que estaba Lluís Montoliu, del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC, publicaban en 'Transgenic Research' un documento en el que exponían la necesidad de evaluar las implicaciones éticas, legales y sociales asociadas a las nuevas técnicas de edición genética, así como los beneficios, limitaciones y posibles riesgos de estas tecnologías tan prometedoras, como el posible mosaicismo (generación de múltiples mutaciones en el lugar editado) y la aparición de mutaciones en lugares distintos del genoma con secuencias parecidas.


Y a comienzos de agosto, once organizaciones científicas relacionadas con la genética de América y Asia publicaban en 'The American Journal of Human Genetics' un informe en el que solicitaban más evidencias, justificaciones éticas, transparencia y debate público antes de extender estas técnicas. "Mientras la edición de la línea germinal podría usarse teóricamente para prevenir un trastorno genético, su uso potencial plantea numerosas cuestiones científicas, éticas y sociales, necesitadas de un debate social; no pueden ser respondidas solo por los científicos", escribía Derek T. Scholes, directivo de la Sociedad Americana de Genética Humana.



En relación con la tentación eugenésica y los bebés de diseño, algo que por otra parte ya se hace mediante la selección embrionaria en los centros de reproducción asistida, un editorial de agosto pasado en 'The Lancet' afirmaba que "la edición genética de embriones podría complementar o ser una alternativa al diagnóstico genético preimplantacional (DGP), sobre todo si la fertilidad está amenazada por mutaciones heredadas como la del BRCA1. A la inversa, la edición de embriones humanos puede ser vista como más ética que el DGP, pues su meta no es la destrucción de embriones (imperfectos) sino su reparación".


En esta línea, Juan Carlos Izpisúa comentó que "el desarrollo apropiado de estas tecnologías podría encaminarse a la corrección, no del embrión, sino de los precursores de gametos masculinos y femeninos para parejas con síndromes recesivos muy graves, lo que mitigaría aspectos éticos y de seguridad, así como a la corrección in utero de enfermedades genéticas graves, como el síndrome de Down".

domingo, 7 de febrero de 2016

Reino Unido autoriza la modificación genética de embriones para investigar

Fuente: http://www.diarioinformacion.com/cultura/2016/02/02/reino-unido-autoriza-modificacion-genetica/1722908.html


Por primera vez se permite su uso a científicos británicos para comprender mejor su desarrollo.



Blastocisto de cinco días de un embrión humano clonado.





La Autoridad de Embriología y Fertilización Humana (HFEA) del Reino Unido ha dado luz verde, por primera vez, a un grupo de científicos británicos para que modifiquen genéticamente embriones humanos a fin de comprender mejor su desarrollo.


La autorización del regulador británico a la investigadora Kathy Niakan, del Instituto Francis Crick de Londres, ha sido acogida con júbilo en la comunidad científica, al considerarse un paso clave para tener un mayor entendimiento sobre los primeros momentos de la vida humana.


Se trata de la primera vez que un país considera, y aprueba, emplear en embriones una técnica de alteración del ADN, una cuestión que también ha suscitado controversia por los temores a que un mal uso de esa tecnología derive en tratamientos potencialmente peligrosos o abra la puerta a los llamados «bebés de diseño».


Robin Lovell-Badge, del Instituto Francis Crick, se congratuló ayer de que el permiso permita a su colega «continuar su investigación sobre cómo se desarrolla el embrión humano en su fase más temprana, y también abordar el papel de genes específicos mediante el uso de los métodos de selección de genomas CRISPR/Ca9».


Esa técnica (CRISPR/Ca9), inventada hace tres años, es la que pretende emplear el equipo para realizar alteraciones específicas en los genes y estudiar los efectos de estas variaciones en el desarrollo del embrión. La relevancia del proyecto se basa en sus potenciales aplicaciones terapéuticas para problemas de infertilidad o en terapias con células madre.


El regulador británico informó de que los experimentos, que podrían dar comienzo en los próximos meses, se desarrollarán durante los primeros siete días después de la fertilización y podrían arrojar luz sobre los abortos.


La organización especifica que la licencia concedida incluye una condición por la que «ninguna investigación que emplee selección genética se pueda llevar a cabo hasta que haya recibido la aprobación ética» y recuerda que «es ilegal» transferir los embriones modificados a una mujer para «tratamiento».


La autorización se ha registrado después de que investigadores en China admitiesen haber alterado los genes de embriones humanos para intentar eliminar un problema sanguíneo genético.


Los científicos han recalcado que no permitirán que los embriones cumplan su ciclo de crecimiento, sino que los estudiarán en las primeras etapas del desarrollo antes de destruirlos.


Luz verde a la edición de genes en embriones humanos

Fuente: http://www.lavanguardia.com/ciencia/cuerpo-humano/20160201/301817569632/reino-unido-aprueba-edicion-genes.html


Se autoriza a científicos británicos a que usen la tecnología de “corta-pega” genético para estudiar las etapas iniciales del desarrollo humano.



Embrión humano en fase de blastocisto.






El primer experimento de modificación genética de embriones humanos podría comenzar en los próximos meses, después de que el Reino Unido haya autorizado una investigación en la que se prevé editar el ADN para estudiar la primera fase del desarrollo embrionario. Se trata de la primera vez que un estado aprueba el empleo de este tipo de técnicas en embriones humanos.


La investigación se basa en la nueva técnica de investigación genética CRISPR, que ha suscitado un fuerte debate en la comunidad científica en los últimos meses. Los investigadores son favorables a utilizarla en células humanas diferenciadas (o adultas), pero están divididos sobre su uso en embriones humanos con fines de investigación y son contrarios a su uso con fines reproductivos.


La Autoridad en Embriología y Fertilidad Humana británica (HFEA, por sus siglas en inglés) ha dado luz verde a la investigación de la bióloga Kathy Niakan, especialista en células madre del Instituto Francis Crick, ubicado en Londres. Esta científica pretende identificar genes clave necesarios para que un embrión se desarrolle con éxito. El objetivo es entender por qué algunas gestaciones se pierden, como en el caso de un aborto natural, y mejorar los tratamientos de fertilidad.


Para ello, Niakan y su equipo usarán embriones sanos procedentes de centros de reproducción asistida y donados por parejas. Seguirán el proceso desde que el cigoto (la unión del óvulo y el espermatozoide) es una sola célula hasta que cuenta con 256 células y alcanza la fase de blastocisto. En ese momento, algunas células se han organizado ya para realizar funciones específicas. Así, algunas se encargarán de formar la placenta y otras, el embrión, por ejemplo.


Ese proceso no se acaba de entender bien. Los científicos saben que algunas partes del ADN están muy activas en esta fase, por lo que sospechan que allí se encuentran los genes encargados de dirigir el proceso durante los primeros días de gestación. Cuando se produce alguna alteración en esos genes, según su hipótesis, ocurre un aborto.


Por eso, en un primer experimento los investigadores del Instituto Francis Crick pretenden, precisamente, bloquear la actividad de un gen regulador clave, llamado OCT4, que está activado en las células encargadas de la formación del feto, y ver qué efectos tiene esa alteración sobre el proceso embrionario. Los embriones se dejarán crecer durante siete días y entonces se destruirán. En ningún caso se implantarán en mujeres.


”La investigación que propone Niakan es importante para entender cómo un embrión humano sano se desarrolla y permitirá comprender más acerca de las tasas de éxito de la fecundación in vitro al poder investigar los primeros estadios del desarrollo humano, que suceden durante los primeros siete días”, afirma el premio Nobel Paul Nurse, director del Instituto Francis Crick, en un comunicado de prensa.


No será la primera vez que se modifique el ADN de un embrión humano. Hace nueve meses un equipo de investigación de China anunció que ya lo había hecho, también con la técnica CRISPR. Pero lo hizo aprovechando el vacío legal que hay en China sobre este tipo de investigación. La investigación de Niakan será la primera que modifique el genoma de un embrión humano en un país donde la manipulación de embriones está regulada de manera estricta y después de haberse evaluado los aspectos técnicos y éticos del experimento.


La técnica CRISPR, descubierta hace poco más de tres años, permite hacer cambios muy precisos en el ADN, de forma rápida, sencilla y económica. Ante las expectativas que ha creado en los últimos meses, fue seleccionada por la revista Science como el avance científico más importante de 2015.


Antes de comenzar a realizar este experimento, Niakan deberá recibir el visto bueno del Comité de Bioética del propio Instituto Francis Crick, aunque todo apunta a que en los próximos meses obtendrá la aprobación definitiva.


Anna Veiga, directora del Banco de Líneas Celulares del Centre de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB), considera que esta aprobación “es un paso adelante en la investigación muy importante que abrirá camino en otros países de Europa y sentará precedentes”.


Para Luis Serrano, director del Centre de Regulació Genòmica de Barcelona (CRG), el anuncio de esta aprobación “resulta científicamente muy interesante porque poder trabajar con embriones humanos abre la puerta a poder estudiar muchas enfermedades genéticas o problemas de fertilidad”.


Sin embargo, pese a las aplicaciones potenciales de esta técnica, que podría usarse en el futuro para corregir alteraciones genéticas que originan enfermedades graves, algunas voces alertan ya sobre su uso inadecuado. Preocupa en particular su posible uso en el futuro en tratamientos de reproducción. Una incógnita por resolver será si la edición del ADN de un embrión podría tener consecuencias indeseadas en otros genes y que esas modificaciones se transmitan a las generaciones siguientes. Por ese motivo, en octubre pasado el comité de bioética de la Unesco pidió que por el momento sólo se autoricen las intervenciones sobre el genoma “únicamente por motivos de prevención, diagnóstico y terapia, y sin que implique modificaciones para la descendencia”.


”Aún no podemos utilizar esta técnica con todas las premisas de seguridad, aún no está totalmente a punto y presenta algunos problemas técnicos”, señala Anna Veiga, quien insiste en que, además, la edición del genoma no servirá para evitar que los bebés nazcan con defectos o enfermedades genéticas. “Para estos casos ya disponemos de otras técnicas, como el diagnóstico preimplantatorio, que permite seleccionar embriones sanos, sin modificarlos. Por tanto, en estos casos no hace falta ir más allá con una técnica mucho más invasiva y compleja”, añade.

domingo, 26 de abril de 2015

Investigadores chinos editan los genes del primer embrión humano

Fuente: http://www.technologyreview.es/biomedicina/47330/


Aunque solo han usado embriones anómalos detuvieron la investigación por el escaso éxito de la técnica.



Investigadores chinos han sido los primeros en usar la edición de genes para modificar embriones humanos obtenidos de una clínica de fecundación in vitro. Este logro no está exento de polémica y presenta numerosos dilemas éticos.


El equipo científico compuesto por 16 personas está basado en la Universidad Sun Yat-Sen de Guagzhou, y se propuso ver si podía corregir el defecto genético que produce beta-talasemia, una enfermedad de la sangre, editando el ADN de óvulos fecundados.


El informe del equipo demuestra que el método aún no es preciso, lo que confirma las dudas del mundo de la ciencia en torno a si la edición genética podría ser práctica para usar en embriones humanos, y si llegarán a nacer personas modificadas genéticamente en un futuro próximo.


El informe de los autores apareció el 18 de abril en una revista científica de bajo perfil llamada Protein & Cell. Los autores, encabezados por Junjiu Huang, afirman que existe una necesidad apremiante de mejorar la precisión de la edición genética antes de que se pueda aplicar en la práctica clínica para producir niños con genes reparados por ejemplo.


El equipo no intentó conseguir un embarazo y afirma que, por motivos éticos, solo hicieron las pruebas en embriones anómalos.


"Estos autores han hecho un gran trabajo señalando los desafíos", afirma el investigador de la Fundación de Células Madre de Nueva York (EEUU) en Manhattan, Dieter Egli. "Ellos mismos afirman que este tipo de tecnología no está preparada para ningún tipo de aplicación". El artículo ya había circulado entre investigadores y había despertado preocupaciones al destacar lo cerca que está la ciencia médica de medrar en el repositorio genético humano (ver Los bebés genéticamente perfectos serán posibles pero, ¿también legales?)


El pasado marzo, un grupo de la industria pidió una moratoria de los experimentos de este tipo del que se informa desde China, citando los riesgos y la posibilidad de que abran la puerta a la eugenesia, o de cambiar rasgos no médicos de los embriones, como la altura o la inteligencia (ver La industria pide una moratoria para la manipulación genética en humanos). Otros científicos recomendaron reuniones a alto nivel de expertos, reguladores y expertos en ética para debatir si hay usos aceptables para este tipo de ingeniería (ver Un grupo de científicos pide una cumbre sobre la edición genética en bebés).


El equipo chino ha informado sobre la edición de más de 80 embriones usando una tecnología conocida como CRISPR-Cas9. Aunque tuvieron éxito en algunos casos, en otros la tecnología CRISPR no funcionó o introducía mutaciones inesperadas. Algunos de los embriones acabaron siendo mosaicos, con un gen reparado en algunas células pero no en otras. 


Los padres portadores de beta-talasemia podrían decidir analizar sus embriones fecundados in vitro, escogiendo solo aquellos que no hayan heredado la mutación que produce la enfermedad. Sin embargo, la edición de genes abre la posibilidad de una modificación de la línea germinal, o de reparar permanentemente el gen en un embrión, óvulo o esperma de tal forma que se pase a los descendientes y a generaciones futuras.


Esta idea es objeto de un intenso debate dado que hay quien piensa que el repositorio genético humano es sacrosanto y nunca debería someterse a la alteración tecnológica, ni siquiera por motivos médicos. Otros admiten que la ingeniería de línea germinal podría ser útil algún día, pero que aún hay que hacer muchas pruebas. "No se puede desechar la idea", afirma Egli. "Es muy interesante".


El equipo chino hizo la edición genética en óvulos que se habían fecundado en una clínica de fecundación in vitro pero que eran anómalos porque los habían fecundado dos espermas, no uno. "Los motivos éticos descartan la posibilidad de estudios de edición genética en embriones normales", afirman.


Hay numerosos embriones anómalos disponibles para la investigación, tanto en China como en Estados Unidos. Al menos un centro de genética estadounidense está usando CRISPR en embriones anómalos rechazados por las clínicas de fecundación in vitro. Ese grupo ha descrito algunos aspectos de su trabajo con la condición de que no se le identificara, dado que el procedimiento sigue resultando polémico.


Para hacer reparaciones usando CRISPR se emplea la propia maquinaria de reparación de ADN de la célula para corregir los genes. La tecnología guía una proteína de corte a un punto concreto de la molécula de ADN para cortarla. Si se proporciona una "plantilla de reparación", en este caso una versión correcta del gen de la beta-globina, el ADN se reparará usando la secuencia sana.


El grupo chino afirma que entre los problemas que se han encontrado está el hecho de que algunas veces el embrión ignoraba la plantilla y se reparaba a sí mismo usando genes parecidos de su propio genoma, "dando lugar a mutaciones inapropiadas".


Huang explica que detuvo las investigaciones después de conseguir estos pobres resultados. "Si quieres hacerlo en embriones normales, tienes que tener una fiabilidad cercana al 100%", declaro Huang a Nature News. "Por eso paramos. Creemos que aún está demasiado inmaduro".


viernes, 1 de agosto de 2014

No extra mutations in modified stem cells, study finds

Fuente: http://www.salk.edu/news/pressrelease_details.php?press_id=2036


New results ease previous concerns that gene-editing techniques—used to develop therapies for genetic diseases—could add unwanted mutations to stem cells.


The ability to switch out one gene for another in a line of living stem cells has only crossed from science fiction to reality within this decade. As with any new technology, it brings with it both promise—the hope of fixing disease-causing genes in humans, for example—as well as questions and safety concerns. Now, Salk scientists have put one of those concerns to rest: using gene-editing techniques on stem cells doesn't increase the overall occurrence of mutations in the cells. The new results were published in the journal Cell Stem Cell.

"The ability to precisely modify the DNA of stem cells has greatly accelerated research on human diseases and cell therapy," says senior author Juan Carlos Izpisua Belmonte, professor in Salk's Gene Expression Laboratory. "To successfully translate this technology into the clinic, we first need to scrutinize the safety of these modified stem cells, such as their genome stability and mutational load."


The new study shows that gene-editing technologies are specific to their targets and do not introduce harmful mutations, clearing the way for the development of safe therapies in the clinic. The left panel shows misshapen nuclear envelopes (red) from induced pluripotent stem cells derived from cells with Parkinson's disease (DNA in blue). The right panel shows similarly induced cells that have been gene-edited to restore the cells.

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Image: Courtesy of the Salk Institute for Biological Studies







When scientists want to change the sequence of a stretch of DNA inside cells—either for research purposes or to fix a genetic mutation for therapeutic purposes—they have their choice of two methods. They can use an engineered virus to deliver the new gene to a cell; the cell then integrates the new DNA sequence in place of the old one. Or scientists can use what's known as custom targeted nucleases, such as TALEN proteins, which cut DNA at any desired location. Researchers can use the proteins to cut a gene they want to replace, then add a new gene to the mix. The cell's natural repair mechanisms will paste the new gene in place.



Previously, Belmonte's lab had pioneered the use of modified viruses, called helper-dependent adenoviral vectors (HDAdVs) to correct the gene mutation that causes sickle cell disease, one of the most severe blood diseases in the world. He and his collaborators used HDAdVs to replace the mutated gene in a line of stem cells with a mutant-free version, creating stem cells that could theoretically be infused into patients' bone marrow so that their bodies create healthy blood cells.

Before such technologies are applied to humans, though, researchers like Belmonte wanted to know whether there were risks of editing the genes in stem cells. Even though both common gene-editing techniques have been shown to be accurate at altering the right stretch of DNA, scientists worried that the process could make the cells more unstable and prone to mutations in unrelated genes—such as those that could cause cancer.

"As cells are being reprogrammed into stem cells, they tend to accumulate many mutations," says Mo Li, a postdoctoral fellow in Belmonte's lab and an author of the new paper. "So people naturally worry that any process you perform with these cells in vitro—including gene editing—might generate even more mutations."


From left: Juan Carlos Izpisua Belmonte, Keiichiro Suzuki and Mo Li of the Gene Expression Laboratory

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Image: Courtesy of the Salk Institute for Biological Studies




To find out whether this was the case, Belmonte's group, in collaboration with BGI and the Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences in China, turned to a line of stem cells containing the mutated gene that causes sickle cell disease. They edited the genes of some cells using one of two HDAdV designs, edited others using one of two TALEN proteins, and kept the rest of the cells in culture without editing them. Then, they fully sequenced the entire genome of each cell from the four edits and control experiment.

While all of the cells gained a low level of random gene mutations during the experiments, the cells that had undergone gene-editing—whether through HDAdV—or TALEN-based approaches—had no more mutations than the cells kept in culture.

"We were pleasantly surprised by the results," Keiichiro Suzuki, a postdoctoral fellow in Belmonte's lab and an author of the study, says. "People have found thousands of mutations introduced during iPSC reprogramming. We found less than a hundred single nucleotide variants in all cases."

The finding, Li adds, doesn't necessarily mean that there are no inherent risks to using stem cells with edited genes, but that the editing process doesn't make the stem cells any less safe.

"We concluded that the risk of mutation isn't inherently connected to gene editing," he says. "These cells present the same risks as using any other cells manipulated for cell or gene therapy." He adds that two other papers published in the same issue support their results (one by Johns Hopkins University and one from Harvard University and collaborators).

The Belmonte group is planning more studies to address whether gene-repair in other cell types, using other approaches, or targeting other genes could be more or less likely to cause unwanted mutations. For now, they hope their findings encourage those in the field to keep pursuing gene-editing techniques as a potential way to treat genetic diseases in the future.

Other researchers on the study were Jing Qu, April Goebl, Emi Aizawa, Rupa Devi Soligalla, Jessica Kim, Na Young Kim, Hsin-Kai Liao, Chris Benner, and Concepcion Rodriguez Esteban of the Salk Institute for Biological Studies; Chang Yu, Xiaotian Yao, Senwei Tang, Fan Zhang, Feng Chen, Yabin Jin, and Yingrui Li of BGI; and Jing Qu,Tingting Yuan, Ruotong Ren, Xiuling Xu, and Guang-Hui Liu of the Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences.





About the Salk Institute for Biological Studies:

The Salk Institute for Biological Studies is one of the world's preeminent basic research institutions, where internationally renowned faculty probes fundamental life science questions in a unique, collaborative and creative environment. Focused both on discovery and on mentoring future generations of researchers, Salk scientists make groundbreaking contributions to our understanding of cancer, aging, Alzheimer's, diabetes and infectious diseases by studying neuroscience, genetics, cell and plant biology, and related disciplines.

Faculty achievements have been recognized with numerous honors, including Nobel Prizes and memberships in the National Academy of Sciences. Founded in 1960 by polio vaccine pioneer Jonas Salk, MD, the Institute is an independent nonprofit organization and architectural landmark.

lunes, 8 de abril de 2013

Genetically corrected stem cells spark muscle regeneration

Fuente: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/03/130305131158.htm

Researchers at the University of Minnesota's Lillehei Heart Institute have combined genetic repair with cellular reprogramming to generate stem cells capable of muscle regeneration in a mouse model for Duchenne Muscular Dystrophy (DMD).


The research, which provides proof-of-principle for the feasibility of combining induced pluripotent stem cell technology and genetic correction to treat muscular dystrophy, could present a major step forward in autologous cell-based therapies for DMD and similar conditions and should pave the way for testing the approach in reprogrammed human pluripotent cells from muscular dystrophy patients.

The research is published in Nature Communications.

To achieve a meaningful, effective muscular dystrophy therapy in the mouse model, University of Minnesota researchers combined three groundbreaking technologies.

First, researchers reprogrammed skin cells into "pluripotent" cells -- cells capable of differentiation into any of the mature cell types within an organism. The researchers generated pluripotent cells from the skin of mice that carry mutations in the dystrophin and utrophin genes, causing the mice to develop a severe case of muscular dystrophy, much like the type seen in human DMD patients. This provided a platform that would mimic what would theoretically occur in human models.

The second technology employed is a genetic correction tool developed at the University of Minnesota: the Sleeping Beauty Transposon, a piece of DNA that can jump into the human genome, carrying useful genes with it. Lillehei Heart Institute researchers used Sleeping Beauty to deliver a gene called "micro-utrophin" to the pluripotent cells they were attempting to differentiate.

Much like dystrophin, human micro-utrophin can support muscle fiber strength and prevent muscle fiber injury throughout the body. But one key difference between the two is in how each is perceived by the immune system. Because dystrophin is absent in muscular dystrophy patients, its presence can prompt a devastating immune system response. But in those same patients, utrophin is active and functional, making it essentially "invisible" to the immune system. This invisibility allows the micro-utrophin to replace the dystrophin and progress the process of building and repairing muscle fiber within the body.

The third technology utilized is a method to produce skeletal muscle stem cells from pluripotent cells -- a process developed in the laboratory of Rita Perlingeiro, Ph.D., the principal investigator of the latest study.

Perlingeiro's technology involves giving pluripotent cells a short pulse of a muscle stem cell protein called Pax3. The Pax3 protein pushes the pluripotent cells to become muscle stem cells, and allows them to be expanded exponentially in number. The Pax3-induced muscle stem cells were then transplanted back into the same strain of muscular dystrophy mice from which the pluripotent stem cells were originally derived.

Combined, the platforms created muscle-generating stem cells that would not be rejected by the body's immune system. According to Perlingeiro, the transplanted cells performed well in the dystrophic mice, generating functional muscle and responding to muscle fiber injury.

"We were pleased to find the newly formed myofibers expressed the markers of the correction, including utrophin," said Perlingeiro, a Lillehei endowed scholar within the Lillehei Heart Institute and an associate professor in the University of Minnesota Medical School. "However, a very important question following transplantation is if these corrected cells would self-renew, and produce new muscle stem cells in addition to the new muscle fibers."

By injuring the transplanted muscle and watching it repair itself, the researchers demonstrated that the cell transplants endowed the recipient mice with fully functional muscle stem cells.

This latest project from the UM provides the proof-of-principle for the feasibility of combining induced pluripotent stem cell technology and genetic correction to treat muscular dystrophy.

"Utilizing corrected induced pluripotent stem cells to target this specific genetic disease proved effective in restoring function," said Antonio Filareto, Ph.D., a postdoctoral fellow in Perlingeiro's laboratory and the lead author on the study. "These are very exciting times for research on muscular dystrophy therapies."

These studies pave the way for testing this approach in reprogrammed human pluripotent cells from muscular dystrophy patients.

According to Perlingeiro, "Developing methods to genetically repair muscular dystrophy in human cells, and demonstrating efficacy of muscle derived from these cells are critical near-term milestones, both for the field and for our laboratory. Testing in animal models is essential to developing effective technologies, but we remained focused on bringing these technologies into use in human cells and setting the stage for trials in human patients."

jueves, 27 de diciembre de 2012

Cells harvested from human urine used to make stem cells

Fuente: http://www.wired.com/wiredscience/2012/12/urine-stem-cells/

Biologists in China have published a study detailing how they transformed common cells found in human urine into neural stem cells that can be used to create neurons and glial brain cells. The find holds huge potential for the rapid testing and development of new treatments for neurodegenerative disorders.

The team, from the Guangzhou Institute of Biomedicine and Health, had announced in 2011 that it had successfully reprogrammed skin-like cells from the kidneys, found in urine, into induced pluripotent stem (iPS) cells. These iPS cells can be tweaked to become pretty much any human cell in the body; however the traditional technique prompting this transformation — inserting pluripotent genes into the blanket cells via a genetically engineered retrovirus — has its flaws. It seems the presence of the retrovirus leads to a destabilisation of the genome, rendering it unpredictable, susceptible to mutations and thus a liability.

Stem cell biologist Duanqing Pei and his team opted for another route, that they claim presents a safer, faster alternative. Having extracted kidney epithelial cells from the urine of three donors aged 10, 25 and 37, the team used vectors — a type of DNA molecule useful in transporting genetic information from cell to cell — to transport the information without having to integrate the new genes into the chromosome of the kidney cell, something that is presumed to be partly to blame for the aforementioned mutations.


In one experiment the pluripotent stem cells formed in Petri dishes after 12 days, which is about half the time it normally takes for them to form. These cultured cells soon took on the shape of neural rosettes and were deemed to be neural progenitor cells — a precursor to a fully blown neural cell. Eventually these neural progenitor cells were cultured to become neurons and astrocyte and oligodendrocyte glial cells.

Though the team did not definitively prove that the cells would have less mutations in the long run, it did suggest the method could provide a good alternative to using embryonic stem cells to build new neurons. In a 2007 study, when the embryonic stem cells began their transformation into neurons and were transplanted into the brain’s of rats suffering from an equivalent to Parkinson’s, they began to divide too quickly and tumours formed. This time around, however, when the neurons and astrocytes were transplanted into rat brains they appeared to still be thriving a month later, with no signs of abnormal cell division or tumour formation.

The technique is extremely promising for several reasons. For one, the material is readily available and no invasive extraction is necessary. “We work on childhood disorders,” commented University of Connecticut Health Centre geneticist Marc Lalande, not involved in the study, in Nature, “and it’s easier to get a child to give a urine sample than to prick them for blood.”

It’s also far better to be able to develop a cell derived from an individual’s own cells — they are less likely to prompt an immune response and rejection, which could be the case when using embryonic or umbilical cord stem cells to make iPS cells. The fact that it bypasses the ethical questions of using embryonic cells, and appears to take half the time to develop also provides researchers with a faster, more efficient way to help combat neurological diseases such as Alzheimer’s and Parkinson’s. And with millions suffering from these degenerative disorders worldwide, anything that can speed up research will be of huge benefit.