MEDICINA REGENERATIVA TRASLACIONAL. … · Aplicaciones Biomédicas de la RMN.UAB ... pared abdominal (modelo animal conejo blanco de Nueva Zelanda). III Conferencia Anual de las

III Conferencia Anual de las Plataformas Tecnológicas de Investigación Biomédica Barcelona 01/03/2010 - 1 -

MEDICINA REGENERATIVA TRASLACIONAL. PROYECTO BIOSCAFF

Mesa Redonda: Biomateriales, implantes e Ingeniería de Tejidos

III Conferencia Anual de las Plataformas Tecnológicas de Investigación Biomédica: Medicamentos Innovadores,

Nanomedicina y Tecnología Sanitaria

Barcelona 23-24 de Febrero de 2010

Manuel DoblaréDirector Científico del CIBER-BBN


El CIBER-BBN es uno de los nueve Centros de Investigación Biomédica en Red, creados por el Gobierno de España (ISCIII), en el ámbito de la Biomedicina y Ciencias de la Salud.

Los CIBER son instituciones de investigación, con personalidad jurídica propia, cuya misión es la de promover investigación en una patología específica, problema y/o tecnologías relacionadas con la salud consideradas estratégicas para el Sistema Nacional de Salud.

Está compuesto por grupos de diferentes instituciones cuyas líneas de investigación se identifican con el ámbito de actuación del CIBER y que se coordinan entre sí dentro de un Programa de Investigación Común, Propio y Específico que integra investigación básica, clínica y tecnológica.

EL CIBER-BBN


MISIÓN: Realizar una investigación de calidad cuyos resultados contribuyan al mantenimiento y mejora de la salud y a la creación de riqueza en el país mediante la transferencia de resultados de investigación a la industria, así como fomentar la proyección en su ámbito de actuación y la participación en programas de desarrollo competitivos a nivel internacional.

VISIÓN: Ser un referente de la investigación e innovación a nivel estatal e internacional, posicionándose como líder en lainvestigación sobre avances tecnológicos y su traspaso a la práctica clínica.

MISIÓN Y VISIÓN (Plan Director 2010-13)


Recursos 47 grupos (+ 3 asociados)

seleccionados en tres convocatorias entre más de 200 solicitudes.

Alrededor de 350 doctores pertenecientes a 27 instituciones distintas que conforman el consorcio.

Alrededor de 130 nuevos contratos (60% postdocs)

2; 4% 3; 7%2; 4%

20; 44%1; 2%

12; 26%

2; 4%4; 9%

Andalucía AragónCastilla-Leon CataluñaGalicia MadridPais Vasco Valencia

Galicia (1)

Castilla León (2) Aragón (3)Cataluña (20)

Madrid (12)

Andalucía (2)

Valencia (3)

País Vasco (2)

Castilla la Mancha (1)Extremadura (1)


01/03/2010 - 5 -

PROGRAMAS DEL PLAN CIENTÍFICO

Investigación Intramural

Investigación Translacional

Transferencia de Tecnología

Formación

Equipamiento e Infraestructuras

Divulgación

Gestión


ÁREAS Y LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN EN EL CIBER-BBN

Bioingeniería e Imagen BiomédicaLínea de Diagnóstico MultimodalLínea de Dispositivos Inteligentes

Biomateriales e Ingeniería TisularLínea de Medicina RegenerativaLínea de Implantes

NanomedicinaLínea de Biosensores y Diagnóstico MolecularLínea de Nanoconjugados terapéuticos y Liberación de Fármacos


Bioingeniería e Imagen Biomédica Diagnóstico multimodal (imagen multimodal, integración

entre imagen y señales biofísicas, modelado funcional de tejidos y órganos vivos).

OBJETIVOS: i) Obtención de diagnósticos más precoces, precisos. rápidos y fiables; ii) Monitorización remota de pacientes con reducción de las estancias hospitalarias y de los desplazamientos de los pacientes (mayor calidad de vida para los mismos); iii) Incremento de los tratamientos ambulatorios. Ahorro en costes dehospitalización y tratamientos; iv) Reducción de los tiempos de espera para la asistencia sanitaria; v) Desarrollo de herramientas para medicina personalizada; vi) Mejora en el acceso a la información y agilización en la interpretación de datos, ayudando a reducir los errores médicos.

Grupo de Investigación en Aplicaciones Biomédicas de la RMN.UAB

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN


Dispositivos biomédicos inteligentes(telemonitorización, biosensores controlados,liberación automatizada de fármacos, sistemas de apoyo a la decisión, cirugía virtualy guiada por imagen).

OBJETIVOS: i) Dispositivos de respuesta rápida, fiable y de bajo coste; ii) Dispositivos multiplexados, adaptados a sistemas PoC (point-of-care) y con inteligencia para la determinación de las acciones terapéuticas y la interpretación de los datos de monitorización; iii Dispositivos miniaturizados, automatizados (µTAS, “Micro-total analysis” or “lab-on a-chip” systems), con una alta capacidad de procesado de muestras (high-throughput screening capabilities), y multifuncionales; iv) Ubicuidad, interoperabilidad e invisibilidad de las interfaces; Inteligencia ambiental: redes de sensores, entornos sanitarios inteligentes, sensores vestibles, integración con historia clínica, técnicas para la extracción de conocimiento.


Medicina Regenerativa (ingeniería de tejidos basada en andamios, biomateriales, tecnologíasde apoyo a la terapia celular, epigenética y biofísica celular).

OBJETIVOS: i) Desarrollo de biomateriales inteligentes que reaccionen positivamente a los cambios de su entorno inmediato y liberen de forma controlada principios activos capaces de estimular eventos regenerativos específicos a nivel celular y promuevan el potencial autoregenerativo de las propias células del paciente; ii) Desarrollo de terapias celulares donde se implanten células madre usando un biomaterial inteligente como vehículo de liberación bio-interactivo; iii) Desarrollo de biorreactores y modelos “in vitro” e “in silico” para cultivos celulares optimizados sobre andamios de distinto tipo ymaterial.

Grupo de Investigación en Fisiopatología Ósea y Biomateriales.

Hospital La Paz. Grupo CB06-01_0008

Biomateriales e Ingeniería Tisular


Endoprótesis e implantes(comportamiento a largo plazo de implantes, y huésped, reparación tisular, osteointegración, biofunciona-lización y biomateriales, implantes liberadores de principios activos).

OBJETIVOS: i) Obtener implantes paciente-específicos: adaptados a la anatomía y las características de la zona a tratar; ii) Mejorar la integración del implante:porosidad óptima para favorecer la proliferación de las células en su interior, que mejoren la adhesión del mismo y posibilidad de biodegradabilidad; iii) Evitar infecciones y/o rechazos: implantes capaces de liberar fármacos ante cambios en la estructura y aparición de bacterias.


En Nanomedicina

Diagnóstico molecular y biosensores (biomarcadores, nano-partículas para contraste, nanobiosensores y “lab-on-a-chip”).OBJETIVOS: i) Biosensores que combinen rapidez, sencillez, eficacia y sean capaces de diagnosticar las enfermedades en las fases iniciales y dar respuesta a necesidades específicas; ii) Conseguir la detección simultanea de varios biomarcadores; iii) Incorporación de los componentes del biosensor en sistemas integrados PoC, capaces demanejar todos los aspectos de análisis de muestras complejas y clínicamente relevantes, sin depender de sistemas externos.

Micro-nanoelectrodos para aplicaciones biomédicas en biomonitorización

Grupo de Biomonitorización


Nanoconjugados terapéuticos y sistemas de liberación de fármacos (desarrollo, caracterización y validación de nuevos nanoconjugados activos, nanoestructuras para la liberación controlada de fármacos, biofuncionalización, hipertermia).OBJETIVOS: i) Nuevas terapias farmacológicas basadas en el diseño de nanoconjugados multipotenciales, con efectos colaterales mínimos y fuertemente focalizados a dianas contrastadas; ii) Desarrollo de sistemas de liberación de fármacos, optimizados para atravesar la barrera hematoencefálica, así como sistemas de liberación de enzimas, proteínas y siRNA; iii) Fabricación y caracterización de nanopartículas magnéticas para vectorización e hipertermia; iv) Desarrollo de sistemas para la funcionalización de implantes y andamios.


Desarrollo de nuevos conceptos de andamiajes y cultivos celulares para medicina regenerativa

Subproyecto 1:Vascular

Subproyecto 2:Tejidos blandos

Subproyecto 3:Cartílago

Subproyecto 4:Hueso

Subproyecto 5:Ojo

5 Aplicaciones

IP Coordinador: Josep A. Planell (Barcelona)

PROYECTO BIOSCAFF (Plan intramural 2007-09)


Subproyecto 1: BIOSCAFF vascular

Se han desarrollado sistemas poliméricos biodegradables y reabsorbibles nanométricos capaces de dar soporte a heparinas HBPM. Uso como sistemas nanoparticulados de liberación controlada de fármacos o como material base para la construcción de DES.

IP Coordinadora: Julia Buján (Madrid)

Prótesis vasculares de pequeño calibre.Modulador nanoparticulado trombótico y/o reesténotico

Aplicación

Objetivo: Pretratamiento de prótesis vasculares de pequeño calibre mediante sistemas poliméricos de liberación controlada de heparinas de pequeño calibre como modulador trombótico y/o reesténotico.



Subproyecto 2: BIOSCAFF tejidos blandos

Se ha desarrollado un polímero biocompatible que libera vancomicina vehiculizada en una malla de PP, con cinética controlada de liberación del antibiótico.

IP Coordinador: Juan Manuel Bellón (Madrid)

Aplicación Tratamiento de patologías de la pared abdominal. Aparición de infección como complicación postoperatoria.

Figura: Imagenes de microscopía electrónica de barrido de prótesis PP recubiertas con polímero + vancomicina

Objetivo: Generación de materiales poliméricos con actividad antibacteriana para inhibir la infección en la reparación de defectos en pared abdominal (modelo animal conejo blanco de Nueva Zelanda).


Estudios in vivo demuestran ausencia de infección.

FIGURAAspecto macroscópico de implantes infectados con S. aureus. a) PP, 14 días; b) PP, 30 días; c) PP-Pol, 14 días; d) PP-Pol, 30 días; e)Vanco, 14 días; f) Vanco, 30 días


Subproyecto 3: BIOSCAFF cartílago

Objetivo: Generación de sistemas fotopolimerizables entrecruzados con cultivos celulares de condrocitos o células madre mesenquimales de líneas específicas para la reparación de lesiones de cartílago articular

IP Coordinador: Francisco Blanco (Santiago de Compostela)

• Se ha fabricado un abanico de materiales macroporosos con diferentes composiciones, biocompatibles y con respuesta celularadecuada.

• Se ha identificado el potencial condrogénico in vitro de diversas MSCs y de células madre embrionarias e iPS.

• Experimentos de regeneración de cartílago en conejos de Nueva Zelanda.

• Se ha desarrollado un nuevo modelo computacional para simular procesos regenerativos de cartílago.


Hueso Cortical

Hueso Trabecular

Hueso Subcondral

Defecto Osteocondral

Médula

Cartílagode Tibia

Meniscos

Cartílago de Fémur


Subproyecto 4: BIOSCAFF hueso

Objetivo: Desarrollo de materiales poliméricos y cerámicos nanoestructurados y funcionalizados con factores de crecimiento osteogénicos y/o angiogénicos para la reparación de grandes defectos óseos (modelo animal conejo).

IP Coordinadora: Nuria Vilaboa (Madrid)

Se han identificado y caracterizado varios biomateriales con características prometedoras (polímeros basados en PLA con porosidad controlada obtenidos mediante la tecnología de freones comprimidos, compuestos polímero/cerámica basados en HEMA/AA y partículas de wollastonita, obtenidos mediante criopolime-rización, cementos de fosfato de calcio mediante la adición de agentes espumantes, hidroxiapatitas sustituidas con silicio conformadas mediante prototipado rápido y biomateriales basados en sílice mesosestructurada tipo SBA-15 funcionalizados con nanopartículas de hidroxiapatit. Finalmente, se han producido proteínas recombinantes en forma de cuerpos de inclusión, y se ha evaluado la influencia de lechos formados por estos nuevos biomateriales sobre la proliferación celular.



Subproyecto 5: BIOSCAFF ojo

Objetivo: Sistemas poliméricos con cultivos de células madre epiteliales del nicho limbar (residentes) y de células madre extraoculares para restaurar la ceguera de causa corneal (modelo animal cerdo).

IP Coordinadora: Margarita Calonge (Valladolid)

Aborda el tratamiento del Síndrome de Insuficiencia Límbica que causa ceguera corneal. Se plantea el caso de daño bilateral donde es necesario encontrar una fuente autóloga extraocular de células madre. Se pretende aportar la menos cantidad de material antigénico posible para evitar el rechazo inmune, sustituyendo la membrana amniótica por biopolímeros y usando células madre del mismo paciente.


Se han obtenido varios biopolímeros con alto potencial como sustratos de células madre epiteliales del nicho limbar.

Se ha expandido una línea celular de epitelio corneal con alta viabilidad y capacidad de proliferación sobre biopolímeros de diferente naturaleza.

Se ha comprobado que la funcionalización de los sustratos, tanto a nivel proteico como por modificación mecánica de su superficie, favorece el crecimiento celular.

Se ha logrado el aislamiento y expansión de una población de células madre epiteliales del nicho limbar en sustratos control (plástico y membrana amniótica).

12µm

Cultivo primario obtenido mediante explantes (A) y disgregación enzimática (B) sobre plástico

Imágenes de AFM de los sustratos de quitosano micro estructurado (lineas de 10 μm)


RESULTADOS DEL PROYECTO BIOSCAFF

• 34 trabajos derivados del proyecto y que se han aceptado o están enviados a revistas indexadas (27 trabajos publicados, 4 enviados y 3 en preparación)

PATENTES DERIVADAS DE BIOSCAFF ojoSolicitud Patente nº P200930389. 2009J. Iglesias; E. Vuelta; M. Calonge.“Gel de fibrina que contiene fibroblastos y células epiteliales de limbo esclero-corneal para bioingeniería de la superficie ocular (córnea, conjuntiva y limbo esclero-corneal)”.

PATENTES DERIVADAS DE BIOSCAFF tejidos blandosSolicitud de patente ES2325240 (A1)- 2009/08/28 J.M. Bellón. “Device for closing ports created by laparoscopic trocars and apparatus for positioning same”.

Solicitud de patente P200930975. 2009J. San Román del Barrio, M. M. Fernández Gutiérrez, J. M. Bellón Caneiro. “Polímeros hidrófilos como sistemas de liberación de compuestos bioactivos en mallas de aplicación quirúrgica”.


PATENTES DERIVADAS DE BIOSCAFF cartílagoSolicitud de patente 2009.A.Muñoz, V. Torres, D. Gallach, V. Sánchez-Vaquero, M.J. Manso, R.J. Martín, J. P. García. “Partículas magnético-luminiscentes para aplicaciones biomédicas”.

PATENTES DERIVADAS DE BIOSCAFF huesoSolicitud de patente no. P200900045. 2008 J. Veciana Miró, I. Ratera Bastardas, C. Díez Gil, A. Villaverde, E. Vázquez Gómez, E. García Fruitós. “Cuerpos de inclusión, células bacterianas y composiciones que los contienen y sus usos”.

Solicitud de patente P200900050/1. 2008 P.M. Arrabal García, R. Visser, M. Cifuentes Rueda, J. Becerra Ratia. “Proteína morfogenética de hueso-2 (BMP-2) con un dominio de unión específico a colágeno tipo I, procedimiento de obtención y aplicaciones”.

Solicitud de patente P200930129. 2008. M. Doblaré; J. M. García Aznar; J. A. Bea; C. Marzo; J. A. Sanz; I. Ochoa; V. A. Acosta. “Equipo para medición de la permeabilidad de andamiajes y tejidos con deformación mediante perfusión”.


NUEVOS PROYECTOS EN MEDICINA REGENERATIVA DEL PLAN INTRAMURAL DE INVESTIGACIÓN 2010-13 DEL CIBER-BBN

BIOGELANGIO: Biomimetic extracellular matrices for angiogenic activation and anti-inflammatory activity in regenerative medicine.

NACRE: Novel Approaches in Cartilage Repair: biofunctionalized scaffolds and iPS cells.

SCAFFTIDE: 3D scaffolds and implants functionalized and reinforced with recombinant protein polymers for regenerative medicine.

ABDOMESH: Development and validation of new prosthetic implant concept for the repair of abdominal wall defects.

BIOSCAFF-EYE: Bio-engineered stem cells (SC) niches in ocular surface reconstruction for corneal blindness: from basic research to clinical trials.

ES-CELLTHERAPHY: Use of human pluripotent stem cells as vehicles for localized delivery of therapy to brain tumours.

BIOPROTERIAL: Biological activity of matrix proteins at the cell-material interface.

CELL-MECHANICS: Understanding mechanotransduction and cell-substrate interaction mechanisms. Applications in cell therapy and tissue engineering.


Eventos destinados a potenciar la colaboración del CIBER-BBN con las empresas y facilitar la transferencia de tecnología

FOROS CIBER-BBN - EMPRESA

Del proyecto BIOSCAFF se ha derivado la organización de dos foros:

Foro CIBER-Empresa en terapia ocular (Junio 2010)Foro CIBER-Empresa en terapias de cartílago (Octubre 2010)


Obtención de conocimiento de las bases biofísicas y las condiciones químicas y biológicas que controlan el ensamblado celular y la formación y comportamiento funcional de tejidos.

Identificación y validación de biomarcadores que puedan utilizarse en constructos de ingeniería de tejidos y ensayos high-throughputpara recolección de datos multiparamétricos y su correlación con resultados biológicamente significativos.

Desarrollo de técnicas de imagen y no destructivas para validación de técnicas de ingeniería tisular.

Desarrollo de nuevos materiales basados en un mejor conocimiento de la señalización celular y de la respuesta de éstas a su entorno.

La asociación de agencias americanas relacionadas con la salud identifica las siguientes prioridades en Ingeniería de Tejidos:

PRIORIDADES EN INGENIERÍA TISULAR


Desarrollo de modelos computacionales predictivos (fisiológicos, biológicos, mecánicos) que apoyen al diseño de constructos de forma reproducible, así como la investigación relacionada con el mejor conocimiento del comportamiento funcional de células, tejidos y órganos.,

Desarrollo de nuevas herramientas y biorreactores para el control de procesos celulares (proliferación , diferenciación, ..) y dirijan con un entorno físico-químico adecuado el crecimiento y función tisular.

Optimización de los procesos de mantenimiento y preservación a largo plazo de células y tejidos que permitan su recuperación viable y funcional. Desarrollo de mejores sistemas de almacenamiento y empaquetado que permitan la provisión de tejidos bajo demanda.

Facilitar la producción de tejidos y órganos y su escalado industrial que cumplan los requerimientos regulatorios a un costo-beneficio asumible.


Todavía estamos lejos de su aplicación clínica rutinaria:• Tissue engineering is an immature and young field (Curtis and

Riehle, 2001).

• Tissue engineering has yet to prove itself economically viable (Fauza, 2003).

• D. Williams. Benefit and risk in tissue engineering. Mat. Today 7:24-29, 2004.

• S.Y. Chung. Bladder tissue engineering: a new practical solution?. The Lancet 36:1215-1216, 2006.

Sin embargo:• Given the scientific promise, potential social impact, and the

young age of the field, many believe that it should be only a matter of time until tissue engineering reaches the main stream of surgical practice (Fauza, 2003).

CONCLUSIONES


Gracias por su atención!

Para mayor información:http://www.ciber-bbn.es

Contacto: Manuel Doblaré[email protected]

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