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Angie Daniela Fuentes Ramirez

Created on September 24, 2024

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Transcript

Hidrogel biocompatible e inyectable para potenciar la eficacia de las BMSC en el tratamiento de END

Angie Daniela Fuentes RamirezAlexander Caiza Romero

Índice

Bibliografía

Introducción

Discusión

Conclusiones

Métodos

Resultados

Agradecimientos

SECCIÓN 01

INTRODUCCIÓN

Hidrogel

  • Enfermedades neurodegenerativas (ND). Alzheimer, Parkinson, esclerosis múltiple y Huntington.
  • Ácido hiaulurónico (HA).
  • Fosfolípidos. Fosfatidilcolina (PC) y fosfatidilserina (PS)
  • El objetivo es aumentar significativamente la presencia de células madre en sitios específicos del sistema central nervioso (CNS) generando un efecto neuroprotector y reparador prolongado y eficiente para las NDs.

Hidrogel

  • Evaluación fisico-química.
  • Evaluación de compatibilidades in vitro e in vivo. Citocompatibilidad.

SECCIÓN 03

MÉTODOS

Preparación y caracterización de suspensiones de liposomas

  • Preparación de las estructuras LUVs (vesículas unilamelares grandes) utilizando PC y PS.
  • Mezcla de lípidos en solvente. Luego, secado para formar una película fina.
  • Adición de PBS a la película seca y agitación para formar vesículas más grandes (MLVs)
  • Las MLVs pasaron por filtros más pequeños para conseguir LUVs.
  • Agregación de DY-750 para ver facilmente los liposomas.
  • Caracterización. Técnicas DLS (dynamic light scattering) y electrofóresis por láser Doppler.

Marcaje fluorescente del HA

Paso 1

Paso 2

Paso 3

Paso 4

A Tª amb, agitación y 5 horas depués precipitó el HA marcada fluorescentemente añadiendo solución saturada de NaCl en etanol

Solución agua:DMSO (2:1, V/V) del glicosaminoglicano + Solución DMSO al 0,92% de 6-aminofluoresceína compuesta por 4,55% de acetaldehído e isocianuro de ciclohexilo

Reposo a 4ºC para luego centrifugar a 1000g durante 15 min

Repetición del proceso de disolución y marcación para limpiar bien el producto. Diálisis para eliminar cualquier impureza restante. Liofilización y almacenamiento a -20ºC.

Preparación y caracterización del hidrogel

Preparación

Análisis

  • Diferentes cantidades de HA y liposomas.
  • Elección de la mezcla inyectable en el cerebro.
  • Mezcla de HA y liposomas hasta que todo quede bien distribuido.
  • Uso de SEM y microscopio confocal para la distribución del HA y liposomas en el gel.
  • Pruebas térmicas.
  • Reología.

Citocompatibilidad del hidrogel

Obtención de las células

Crecimiento celular

Análisis

Observación

  • Evaluación de la morfología de las BMSCs mediante la tinción DAPI/phalloidin.
  • Verificación de la presencia CD90, CD44 y CD106 en la superficie de las células.
  • Alimentación celular.
  • Desplazamiento hacia un nuevo lugar para continuar su crecimiento.
  • BMSCs de las tibias y fémures de tres ratas.
  • Limpieza y colocación para su crecimiento.
  • Eliminación de deshechos.

Citocompatibilidad del hidrogel

Pruebas en monocapa

Pruebas en hidrogel

  • Células en placas especiales y adición de HA y LUVs en diferentes cantidades. Pasaron 1, 3 y 7 días e hicieron tres pruebas:
  • Prueba de viabilidad.
  • Prueba de proliferación.
  • Prueba de síntesis de proteína
  • Mezcla de células con el hidrogel.
  • Cultivo en placas.
  • Después de 1, 3 y 7 días se realiza prueba de tinción para ver cuantas células han sobrevivido.

Evaluación in vivo de la compatibilidad del hidrogel

  • Acondicionamiento de las ratas al estudio. Cuidado de los animales.
  • Experimento. 24 ratas macho divididas en grupos de 6; anestesia; inyección de una pequeña cantidad de hidrogel a traves de un pequeño conducto situado en una parte específica del cerebro de la rata. A unas se les inyectó un líquido normal del cerebro para comparar.

Evaluación in vivo de la compatibilidad del hidrogel

Prueba de comportamiento

Estudio del cerebro

Análisis de las muestras

Observación

  • Se sacrificó a las ratas.
  • Conservación del cerebo.
  • Cortes del cerebro para ver donde estaba el hidrogel.

Comportamiento de las ratas después de haber recibido el hidrogel.

Tinción de las muestras de cerebo con DAPI.

Microscopio de fluorescencia. Núcleos de las células y el hidrogel.

Evaluación de la eficacia de la formulación en ratas con EAE

Creación del modelo de enfermedad

Aplicación del tratamiento

Grupos de tratamiento

Evaluación del tratamiento

  • Ratas con EAE sin tratamiento.
  • Ratas con EAE pero con con células madre.
  • Ratas con EAE y con células madre dentro del hidrogel.

Después de 10 días las anestesiaron para suministrarle el tratamiento.

Observaron su peso, que tan enfermas parecian y su movilidad.

Ratas hembras de 10 semanas a las que se les inyectó una sustancia para desarrollar EAE.

SECCIÓN 04

RESULTADOS

Caracterización de LUV e hidrogeles

La población de LUV presentó homogeneidad en términos de tamaño (PDI < 0,2). Considerando la carga superficial de los LUV (˃−30 mV), se puede anticipar que su suspensión será altamente estable. La carga negativa de los liposomas provocará repulsiones electrostáticas con el HA (polímero aniónico), lo que originará geles más viscosos.

Microestructura mediante SEM

Figura 1. Micrografías SEM de cortes transversales de hidrogeles compuestos por 1% de ácido hialurónico (AH) o por 1% de AH y 7,5 mM (b) o 15 mM (c) de liposomas. Aumento 500×; barra de escala 50 μm.

Los hidrogeles de HA con liposomas presentan una superficie más rugosa que el hidrogel sin ellos

Los liposomas se distribuyen uniformemente en toda la red de HA

Microscopía confocal de barrido láser

  • Se corrobora la distribución regular de los liposomas en el hidrogel de HA
  • Se demuestra el mantenimiento de la forma esférica de los liposomas.
  • Se observó un aumento de tamaño, probablemente debido a la coalescencia.

Figura 2.Imágenes de microscopía confocal del hidrogel compuesto por AH marcado con fluoresceína (AH; verde) y liposomas marcados con Dy-750 (15 mM; rojo). Las imágenes pequeñas muestran los canales verde y rojo para una mejor observación de la distribución de los liposomas en la matriz de AH. Barra de escala, 10 μm.

Calorimetría diferencial de barrido DSC

La ausencia de picos endotérmicos notables de las bicapas lipídicas para valores de temperatura superiores a 100 °C y la baja liberación de energía de la degradación del HA apoyan la obtención de una buena mezcla.

Fig. 3. Termogramas de DSC de LUV, ácido hialurónico (AH) y liposomas en hidrogel de AH a diferentes concentraciones de lípidos (7,5 y 15 mM).

Comportamiento Reológico

Fig. 4. Comportamiento reológico de hidrogeles a base de (AH) al 1% reticulados, o no, con liposomas de 7,5 y 15 mM, a 25 y 37 °C. A) Mediciones del módulo elástico 25°C (G′, Pa) y B) del módulo viscoso de corte 37°C (G″, Pa) en función de la frecuencia (Hz). C) Medición de la viscosidad de corte (Pa s) en función de la velocidad de corte (s −1 ).

La presencia de liposomas aumentó los módulos elásticos y viscosos de la matriz de HA. Se obtuvo una tendencia creciente tanto en las propiedades viscoelásticas como en los valores de viscosidad con el aumento de la concentración de lípidos.

Ensayo citocompatibilidad

Morfología de BMSC utilizadas para evaluar la citotoxicidad potencial de los componentes del hidrogel (LUVs y HA).

Fig. 5. Imágenes de campo claro (A) y microscopía de fluorescencia (B) de BMSC que presentan el citoesqueleto marcado con faloidina (en rojo) y núcleos con DAPI (en azul).

Fig. 6. Rendimiento biológico de las BMSC en presencia de diferentes concentraciones de liposomas (7,5 y 15 mM) y ácido hialurónico (HA; 0,25 y 0,5%): A) viabilidad celular , B) proliferación celular y C) síntesis proteica total tras 1, 3 y 7 días de cultivo. (* denota diferencias significativas ( p < 0,01) en comparación con el control -Ctr).

A pesar de no ser estadísticamente significativo, hubo una disminución en la viabilidad celular en presencia de HA.

Los resultados demostraron que tanto los liposomas como el HA no eran citotóxicos.

Después de 1, 3 y 7 días de cultivo, se realizaron diferentes ensayos biológicos para evaluar la viabilidad celular, la proliferación y la síntesis proteica total.

Se observa que las células pueden migrar a través de la matriz de HA, La encapsulación de BMSC en la matriz 3D demostró que podían adherirse, sobrevivir y proliferar dentro de los hidrogeles en cada concentración de liposomas y en mayor medida que en los cultivos 2D. También es posible observar que las células en los hidrogeles eran viables (verde), mientras que la muerte celular (rojo) ocurre en los cubreobjetos TCPS.

Fig. 7. Imágenes de microscopía de células madre de médula ósea vivas/muertas teñidas con calceína AM/PI (verde: células vivas; rojo: células muertas) cultivadas en (A) cubreobjetos de TCPS o en hidrogeles compuestos de ácido hialurónico (AH) al 1% y 7,5 (B) o 15 (C) mM de liposomas durante 7 días.

  • No se encontraron diferencias significativas en la velocidad media entre los animales administrados con hidrogel o LCR (control negativo)
  • A pesar de la ausencia de significación estadística, los animales inyectados con hidrogel tendieron a viajar una distancia mayor dos semanas después de la inyección.

Fig. 8. Velocidad promedio (A) y distancia total recorrida (B) en campo abierto por ratas después de la inyección ICV de hidrogel (■) o LCR artificial (a) (●).

La seguridad in vivo del hidrogel se confirmó hasta dos semanas después de aplicar la inyección ICV.

análisis histológico

Después de la administración ICV, el hidrogel descendió y se difundió a ambos lados del ventrículo hasta el cuerpo calloso.

Fig. 9. Imágenes de microscopía de fluorescencia de núcleos teñidos con DAPI (azul; B) e hidrogel marcado con fluoresceína (verde; C) obtenidos de cerebros de ratas 1 semana después de la administración. Aumento 40×.

Eficacia terapéutica de la terapia avanzada en ratas con EAE

Con un número de células menor de lo que se suele informar en la literatura, disminuyó la puntuación clínica media máxima y la gravedad de la enfermedad de estos animales en comparación con el grupo de control de EAE.

Evolución de las puntuaciones clínicas a lo largo del periodo experimental para cada grupo

Fig . 10. Discapacidad acumulada por enfermedad (A) y puntuación clínica máxima (B) tras la inyección ICV del hidrogel que incorpora 250.000 o 750.000 BMSC y de suspensiones celulares en ratas con EAE . La significación fue de * p < 0,05, *** p = 0,0007 en comparación con el grupo control (animales con EAE sin tratamiento) y el hidrogel que incorpora 750.000 BMSC.

  • El peso corporal de las ratas siguió una tendencia inversa a la de las puntuaciones clínicas, pero no se encontraron diferencias entre los grupos experimentales.
  • El peso aumentó hasta la aparición de los primeros síntomas, disminuyó al mínimo cuando las puntuaciones de EAE fueron peores y se recuperó después.

Fig. 11. Variación del peso corporal (%) después de la inyección ICV del hidrogel que incorpora BMSC y de las suspensiones celulares en ratas EAE (grupo control – animales EAE sin tratamiento).

SECCIÓN 05

DISCUSIÓN

BMSC

  • Remielinización:
Aislamiento para que la señal eléctrica no se disperse.Aumento en la velocidad de conducción.Eficiencia energética. Requieren de menos energía para transmitir el impulso nervioso.
  • Neuroprotección
  • Inmunomodulación
  • Reducción de gliosis
Los astrocitos pueden formar una cicatriz glial, que aunque aísla el área lesionada, puede impedir la regeneración de las conexiones neuronales. Esta cicatriz puede interferir con la plasticidad del cerebro y el restablecimiento de las funciones normales.

Vía intravenosa

Inyección local (ICV)

  • Vía de acceso más fácil
  • Menos invasiva
  • Tiene una alta retención en los pulmones
  • Requiere de un mayor números de células
  • Evita la BHE
  • Aumenta eficacia terapéutica
  • Disminuye la dosis
  • Disminuye efectos sistémicos adversos
  • Los estudios in vivo demostraron la biocompatibilidad del hidrogel y su distribución en el cuerpo calloso.
  • Esta formulación fue más eficiente para disminuir la gravedad de la enfermedad que las células en suspensión, resaltando la importancia del hidrogel.
  • Los resultados muestran claramente que este concepto tiene el potencial de usarse como una terapia eficaz para la EM y los trastornos relacionados.
  • El parámetro crítico que determinó el porcentaje de AH en la formulación final fue la viabilidad de su fácil inyección a través de una aguja fina en el cerebro de las ratas.
  • El hidrogel por sí mismo y debido a su composición puede presentar beneficios terapéuticos. Los hidrogeles a base de AH promueven la reparación cerebral.
  • La PC y la PS son fundamentales para apoyar las funciones estructurales, bioquímicas y de señalización celular en el cerebro.

+ info

Conclusión

Diseño de un hidrogel inyectable y biocompatible basado en HA, reticulado físicamente con liposomas para ayudar en tratamientos de END. La caracterización fisicoquímica y los ensayos in vitro e in vivo demostraron que el gel muestra propiedades apropiadas para ser inyectado directamente en el SNC. Además, como el daño del cuerpo calloso es responsable de importantes déficits neuronales, la afinidad del hidrogel por esta área es ideal para tratar a pacientes con END. Además, la formulación desarrollada fue más eficaz para reducir la gravedad de la enfermedad y la puntuación clínica máxima en ratas con EAE que las suspensiones de células, lo que demuestra el valor agregado de la incorporación de células en la matriz del hidrogel.

A biocompatible and injectable hydrogel to boost the efficacy of stem cells in neurodegenerative diseases treatment, Life Sciences, Volume 287, 2021, 120108, ISSN 0024-3205, https://doi.org/10.1016/j.lfs.2021.120108.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002432052101095X)

¡Eureka!

¡Muchas gracias!

Los componentes de la composición de los liposomas (PC y PS) se incluyen comúnmente en suplementos cerebrales para mejorar la memoria y la productividad, y para proteger contra el deterioro mental y la demencia. El PC es el fosfolípido más abundante en las neuronas, y el componente fundamental de todas las membranas celulares, mientras que el PS es el principal fosfolípido aniónico presente en el cerebro, concretamente en las membranas celulares y la mielina , donde contribuye al funcionamiento cognitivo. Además, la PC y la PS son capaces de modular la función inmune de los fagocitos, como la microglia, que son las principales células efectoras en enfermedades neuroinflamatorias y degenerativas.