Dr. Joan Oliva: l’enginyeria de teixits de làmines cel•lulars artificials de múltiples capes i el potencial per curar moltes malalties utilitzant medicina regenerativa

Dr. Joan Oliva: l'enginyeria de teixits de làmines cel•lulars artificials de múltiples capes i el potencial per curar moltes malalties utilitzant medicina regenerativa

El Dr. Joan Oliva Vilana és Doctor en Endocrinologia Molecular i Cel·lular. És el gerent d’Estudis preclínics, en Emmaus Medical, Inc., i membre de Consell editorial de la Revista Internacional de Ciències Moleculars.

Es va graduar amb honors de la Universitat de Montpeller II (França), en 2005. El tema de la seva tesi doctoral és el “Estudi del mecanisme de silenciament induït per Hydroxytamoxifen, en cèl·lules de càncer de mama”. L’objectiu del seu treball va ser determinar la modificació epigenètica relacionada amb la resistència del càncer de mama durant el tractament amb tamoxifèn, un medicament real per tractar aquest tipus de càncer. La resistència al càncer de mama està relacionada amb el silenciament de gens específics per sempre. Va descobrir que el silenciament dels gens en el càncer de mama es deu a la metilació d’alguns gens, amb la participació de proteïnes HP1. Aquestes proteïnes estan involucrades en la condensació de l’ADN, canviant la seva estructura.

Tots els treballs van ser presentats en diferents reunions científiques (més de 60 presentacions orals): Associació Americana per a l’Estudi de Malalties del Fetge, Societat Americana de Biologia Cel·lular, Simposis Keystone, Biologia Experimental FASEB, Associació per a la Investigació en Visió i Oftalmologia, Societat Internacional De Recerca dels Ulls, Societat Internacional d’Investigació amb Cèl·lules Mare, Societat de Criobiologia. A més, el seu treball va ser publicat en revistes internacionals revisades per parells (més de 50 publicacions): Patologia molecular experimental, Hepatologia, Alcoholisme: Investigació clínica i experimental, Món de la gastroenterologia, La revista de farmàcia i farmacologia,    Enginyeria de teixits i medicina regenerativa , Internacional de Ciència molecular, Superfície ocular, Revista d’oftalmologia, Medicina regenerativa, Revista d’enginyeria de teixits i Medicina regenerativa. Amb aquesta experiència, va formar part del consell editorial de la Revista Internacional de Ciències moleculars.

Camp de recerca: cèl·lules mare, medicina regenerativa, enginyeria de teixits, malalties òrfenes.

El seu treball científic va començar amb la investigació de l’epigenètica del càncer. Expliqui’ns sobre les seves investigacions posteriors.

Vaig ser reclutat pel Dr. S.W French, a LA BioMed (2006-2011), per treballar en el projecte “Estudi de malalties hepàtiques, fenomen epigenètic, formació de cossos Mallory-Denk (MDB) i identificació de marcadors d’hepatocarcinoma d’hora”. En el primer projecte, vaig estudiar l’efecte de l’etanol en el fetge, especialment en la inhibició del proteasoma i la inducció de la modificació epigenètica. La inhibició del proteasoma condueix a un mal reciclatge de proteïnes i una desregulació de la funció fisiològica de les cèl·lules. L’acumulació de proteïnes en el fetge, a causa de la inactivació del proteasoma, condueix a una lesió hepàtica i deteriora la seva funció normal. El consum d’etanol indueix al fetge gras on els cossos de Mallory-Denk (acumulació de proteïnes no desitjades) poden formar-se, com una conseqüència de la inhibició del proteasoma. Vaig descobrir que la proteïna FAT10 es sobreexpressa en les cèl·lules del fetge, formant cossos de Mallory-Denk (MDB), que són de mal pronòstic per a la supervivència del pacient.

Vostè va descobrir que els cossos FAT10 i Mallory-Denk, el fetge humà sobreexpressat, podrien formar hepatocarcinoma.

Sí, vam descobrir que FAT10 podria usar-se com un marcador d’hora de la formació de tumors en el càncer de fetge. FAT10 sobreexpressat es va detectar en cèl·lules que formen MDB. Es va descobrir un fenomen similar a l’hepatocarcinoma humà però també en els fetges cirròtics.

Segons estudis in vitro, una de les causes de la formació de MDB i la sobreexpressió de FAT10 és una inflamació crònica, que podria usar-se com un objectiu terapèutic per disminuir el risc de formació de MDB. En estudis in vitro, l’ús de SAMe (un donant de metil) podria prevenir la formació de MDB i també l’expressió de FAT10. Es creu que els donants de metil podrien disminuir la freqüència de càncer de fetge o millorar la supervivència del pacient. Aquesta hipòtesi necessita més estudis (estudis in vitro i humans) per confirmar el paper protector potencial dels donants de metil.

Expliqui’ns sobre la seva avantatjosa tecnologia per dissenyar làmines de cèl·lules artificials multicapa.

Després de treballar 4 anys a l’Acadèmia i liderar un projecte per estudiar les cèl·lules mare de fetge en l’hepatocarcinoma humà, gradualment vaig treballar més en el camp de la Medicina i Indústria Regenerativa, liderant projectes relacionats amb les Cèl·lules Mare, entre la BioMed (Torrance, Califòrnia), CellSeed, Inc (Tòquio, Japó) i Emmaus Medical, Inc (Torrance, Califòrnia). Vaig tenir la sort de conèixer a Dr. I. Niihara. Estava buscant un expert en el camp de la biologia cel·lular i les cèl·lules mare per treballar en un projecte innovador i desafiant basat en una nova tecnologia: enginyeria de làmines cel·lulars utilitzant cèl·lules mare adultes.

El projecte principal va ser dissenyar làmines de cèl·lules per reemplaçar les còrnies danyades en el cas de deficiència de cèl·lules mare limbals (LSCD). El LSCD és causat per malalties genètiques, inflamació o lesions químiques. En general, els pacients afectats amb deficiència de cèl·lules mare limbals poden tractar-se amb la còrnia de la seva altra còrnia sana, però aquest enfocament pot induir el desenvolupament de cèl·lules mare limbals a la còrnia sana. Una alternativa és utilitzar la còrnia dels cadàvers, però en aquest cas, el risc de rebuig és possible i es requereix un tractament antirebuig perllongat (anomenat immunosupressor) que pot ser perjudicial, a més de la baixa disponibilitat de donants.

Per superar aquests problemes mèdics, es va descobrir una nova metodologia basada en l’enginyeria del full de cèl·lules usant les seves pròpies cèl·lules mare. Utilitzem cèl·lules progenitores epitelials de la mucosa oral que poden dissenyar làmines de cèl·lules multicapa autòlogues. Aquestes làmines cel·lulars poden empeltar en pacients amb deficiència de cèl·lules mare limbals mico o bilaterals. La làmina cel·lular es va produir usant cèl·lules epitelials de la mucosa oral de el pacient, per a un empelt autòleg. Mitjançant l’ús de cèl·lules progenitores epitelials de la mucosa oral d’adults, vaig poder dissenyar làmines de cèl·lules multicapa que són com l’epiteli corneal. Els estudis in vitro van mostrar que aquestes làmines de cèl·lules autòlogues són capaços de regenerar còrnies danyades, després del seu trasplantament a la còrnia danyada.

Es pot utilitzar la tecnologia de la làmina cel·lular per al tractament d’altres malalties?

Absolutament, però per tractar altres malalties, ha de triar amb cura el tipus de cèl·lules que voleu utilitzar. La seva selecció depèn dels òrgans objectiu. Per exemple, per tractar la còrnia, que és un epiteli, el millor tipus de cèl·lules per utilitzar són les cèl·lules progenitores epitelials, que són les precursores de l’epiteli. Per descomptat, aquestes cèl·lules progenitores epitelials podrien usar-se per reparar un altre epiteli com la pell o l’esòfag, que tenen una estructura similar. Un exemple sorprenent que pot inspirar a una nova generació de científics en el camp de la medicina regenerativa és una publicació recent en la qual es va reconstituir l’epidermis completa d’un nen mitjançant l’ús de cèl·lules epitelials i es va modificar genèticament per tractar malalties genètiques.

Un altre exemple és l’ús de cèl·lules mare musculars, presents en els músculs esquelètics. Després de l’aïllament de les cèl·lules mare musculars, es poden cultivar in vitro per dissenyar làmines cel·lulars. Els primers estudis clínics es van realitzar en pacients amb insuficiència cardíaca. Les làmines de cèl·lules musculars es col·loquen directament en l’àrea danyada de cor per millorar la seva activitat funcional. Els estudis inicials en humans van demostrar que aquestes làmines mòbils poden ajudar a el cor a recuperar la seva funció, però encara es necessita treball addicional.

Aquests són només alguns exemples de malalties que poden tractar-se amb làmines cel·lulars, com esòfag, estómac, orelles, retina, cartílag danyat, etc. En resum, sempre és millor fer servir les cèl·lules mare situades en els òrgans danyats si és possible, però no sempre és el cas. Aquesta és la raó per la qual vaig decidir dissenyar la làmina cel·lular fent servir cèl·lules mare mesenquimals adultes, i especialment cèl·lules mare adiposes que són abundants i poden diferenciar-se en diferents tipus de cèl·lules.

Quins passos va prendre per dissenyar làmines de cèl·lules amb cèl·lules mare?

Es poden utilitzar molts tipus de cèl·lules mare per dissenyar làmines de cèl·lules estratificades, però el procés per assolir aquest objectiu és molt difícil i precís. A més, no tots els tipus de cel·les poden fer làmines de cel multicapa, però no vaig a parlar d’això, perquè podria portar massa temps. No obstant això, les cèl·lules mare adiposes em van cridar l’atenció per diferents raons. La primera és perquè és molt fàcil recol·lectar grans quantitats de cèl·lules mare adiposes, del greix després de les liposuccions. El segon és que aquestes cèl·lules poden canviar en qualsevol tipus de cèl·lules, el que les converteix en una molt bona opció per a la teràpia cel·lular. I finalment, les seves probabilitats de desencadenar un rebuig immune de el cos són molt baixes. Vaig aconseguir dissenyar làmines de cèl·lules multicapa, utilitzant cèl·lules mare derivades de teixit adipós humà, que poden empeltar en pacients o diferenciar-se en diferents tipus de cèl·lules, com explicaré més endavant.

Un altre aspecte important de la tecnologia de la làmina cel·lular és la seva criopreservació. Una vegada que les cel·les estan llistes, han d’empeltar perquè poden considerar-se com una entitat viva. Basat en la idea del banc d’esperma, vaig decidir criopreservar les làmines cel·lulars en nitrogen líquid. Les làmines cel·lulars es van incubar amb crioprotectors per evitar el dany de la làmina cel·lular pel gel en formació durant el procés de congelació i per mantenir l’estructura de la làmina cel·lular. Aquesta metodologia permetrà construir un banc de làmines cel·lulars, disponibles immediatament per als pacients que ho necessitin.

Quines aplicacions té la tecnologia de fulls cel·lulars?

Basant-me en la meva experiència en l’enginyeria de làmines cel·lulars i en la reversió de la deficiència de cèl·lules mare limbals, em vaig unir a Emmaus Medical, Inc. per seguir desenvolupant metodologies i tecnologia d’enginyeria de làmines cel·lulars per al tractament de malalties òrfenes. Emmaus Medical, Inc és una companyia farmacèutica, finançada pel Dr. I. Niihara, que desenvolupa tractaments per a malalties d’orfes, com un medicament aprovat per tractar pacients amb malaltia de cèl·lules falciformes.

Les cèl·lules mare són part de el càncer, com vaig descobrir durant el meu període post doctoral, però les cèl·lules mare també es poden usar per a tractar malalties. Els últims 20 anys van veure una gran inversió en la investigació amb cèl·lules mare. Estava interessat en utilitzar cèl·lules mare mesenquimals adultes per tractar malalties d’orfes, i especialment les cèl·lules mare derivades de teixit adipós. El meu interès en les cèl·lules mare adultes mesenquimals créixer perquè són capaços de transformar-se en qualsevol tipus de cèl·lules com neurones, cèl·lules musculars, cèl·lules epitelials i moltes altres.

Aquesta propietat els dóna el potencial de tractar una àmplia gamma de malalties. Vaig aconseguir dissenyar làmines de cèl·lules multicapa, utilitzant cèl·lules mare adiposes, però també en enginyeria de làmines de cèl·lules d’adipòcits (aplicació potencial: reconstrucció de teixits), làmines de cèl·lules de osteoblasts (aplicació potencial: reparació d’ossos) i làmines de cèl·lules de condròcits (aplicació potencial: reemplaçament de cartílag) Les làmines de cèl·lules mare derivades de teixit adipós es poden collir i empeltar en qualsevol òrgan danyat, sense l’ajuda de la sutura i haurien de millorar el resultat del tractament. Diferents estudis realitzats en laboratoris van mostrar l’avantatge d’empeltar làmines de cèl·lules senceres, en una àrea específica, sobre la injecció de cèl·lules aïllades en el cos. De fet, les cèl·lules aïllades injectades poden migrar ectòpicament en el cos i poden morir ràpidament mentre les làmines de cèl·lules empeltades es col·loquen directament sobre els òrgans danyats, amb un major temps de supervivència.

A més, les cèl·lules mare derivades de teixit adipós poden aïllar fàcilment del greix i en grans quantitats. Sobretot, aquestes cèl·lules no provoquen un rebuig a causa de la compatibilitat no immune, com en el cas del trasplantament d’òrgans. A més, el meu treball recent en l’enginyeria de les làmines de cèl·lules humanes amb cèl·lules mare derivades de teixit adipós, em va portar a una patent. El desenvolupament del full de cèl·lules derivades de teixit adipós va ser una gran fita que està obrint carreteres en el camp de la teràpia amb cèl·lules mare i la medicina regenerativa. Altres estudis ajudaran a aprendre com les làmines cel·lulars diferenciades poden millorar la funció dels òrgans danyats.

Quan es disposarà de la tecnologia de fulls cel·lulars per tractar pacients?

És una pregunta difícil de respondre, i la resposta serà diferent segons el tipus de fulla cel·lular i la malaltia. Fins i tot si el progrés en el coneixement i l’aplicació dels fulls de cèl·lules està augmentant, hem de tenir en compte que estem en les albors d’aquest camp d’estudi. En comparació amb la prova i l’ús de drogues, les agències nacionals, per exemple, EE. UU. (Administració d’Aliments i Medicaments); Unió Europea (Agència Mèdica Europea); Japó (Agència de Productes Farmacèutics i Dispositius Metges) no tenen prou antecedents i experiència per avaluar el risc de teràpies amb cèl·lules mare per a pacients. Si utilitzem el desenvolupament de medicaments com a referència, des de la prova de concepte fins a l’aprovació final i la comercialització d’un medicament, de mitjana passen 12 anys.

A més, només el 0,02% dels medicaments desenvolupats s’aproven per a la seva comercialització, que és un percentatge molt baix. Per a la teràpia cel·lular, és encara més difícil de respondre, perquè com vaig esmentar, no tenim prou experiència en aquest camp. Un exemple és el desenvolupament de la teràpia cel·lular per tractar la ceguesa, va prendre 25 anys abans de ser aprovada a Europa (https://www.nature.com/news/behind-the-scenes-of-the-world-s-first-commercial-stem-cell-therapy-1.17022). Aquesta línia de temps sembla molt llarga, però l’enfocament de les agències és garantir la seguretat dels pacients tractats amb cèl·lules, com el full cel·lular. Poques teràpies cel·lulars aprovades a tot el món es fan servir per tractar pacients i generen grans esperances per al tractament del pacient, en el futur proper.

Entrevista: Ivan Stepanyan

 

Read more: Ciència i enginyeria modernes amb Ivan Stepanyan ...