Medicina regenerativa traslacional. Proyecto BIOSCAFF. Manuel Doblaré (CIBER BBN)

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 Doblaré
Director Científico del CIBER-BBN
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EL 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.
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MISIÓN Y VISIÓN (Plan Director 2010-13)
 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 la
investigación sobre avances tecnológicos y su traspaso a la
práctica clínica.
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País Vasco (2)
Galicia (1)
Cataluña (20)
Castilla León (2) Aragón (3)
Recursos
 47 grupos (+ 3 asociados)
seleccionados
en
tres
convocatorias entre más de
200 solicitudes.
Madrid (12)
Extremadura (1)
Valencia (3)
Castilla la Mancha (1)
 Alrededor de 350 doctores
pertenecientes
a
27
instituciones distintas que
conforman el consorcio.
Andalucía (2)
2; 4%
4; 9%
2; 4%
3; 7%
2; 4%
 Alrededor de 130 nuevos
12; 26%
contratos (60% postdocs)
20; 44%
1; 2%
Andalucía
Aragón
Castilla-Leon
Cataluña
Galicia
Madrid
Pais Vasco
Valencia
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PROGRAMAS DEL PLAN CIENTÍFICO
 Investigación Intramural
 Investigación Translacional
 Transferencia de Tecnología
 Formación
 Equipamiento e Infraestructuras
 Divulgación
 Gestión
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ÁREAS Y LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN EN EL
CIBER-BBN
Bioingeniería e Imagen Biomédica
Línea de Diagnóstico Multimodal
Línea de Dispositivos Inteligentes
Biomateriales e Ingeniería Tisular
Línea de Medicina Regenerativa
Línea de Implantes
Nanomedicina
Línea de Biosensores y Diagnóstico Molecular
Línea de Nanoconjugados terapéuticos y Liberación de Fármacos
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LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
Bioingeniería e Imagen Biomédica
Grupo de Investigación en
Aplicaciones Biomédicas de
la RMN.UAB
 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 de
hospitalización 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.
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 Dispositivos biomédicos inteligentes
(telemonitorización, biosensores controlados,
liberación automatizada de fármacos,
sistemas de apoyo a la decisión, cirugía virtual
y 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 achip” systems), con una alta capacidad de procesado de muestras (highthroughput 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.
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Grupo de Investigación en
Fisiopatología Ósea y Biomateriales.
Hospital La Paz. Grupo CB06-01_0008
Biomateriales e Ingeniería Tisular
 Medicina Regenerativa (ingeniería de tejidos
basada en andamios, biomateriales, tecnologías
de 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 y
material.
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 Endoprótesis
e
implantes
(comportamiento a largo plazo de
implantes, y huésped, reparación
tisular, osteointegración, biofuncionalización y biomateriales, implantes
liberadores de principios activos).
OBJETIVOS: i) Obtener implantes pacienteespecíficos: 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.
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Grupo de Biomonitorización
Micro-nanoelectrodos para aplicaciones
biomédicas en biomonitorización
En Nanomedicina
 Diagnóstico molecular y biosensores (biomarcadores, nanopartículas 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 de
manejar todos los aspectos de análisis de muestras complejas y
clínicamente relevantes, sin depender de sistemas externos.
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 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.
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PROYECTO BIOSCAFF (Plan intramural 2007-09)
Desarrollo de nuevos conceptos de andamiajes y cultivos
celulares para medicina regenerativa
IP Coordinador: Josep A. Planell (Barcelona)
Subproyecto 1:
Vascular
Subproyecto 2:
Tejidos blandos
5 Aplicaciones
Subproyecto 5:
Ojo
Subproyecto 3:
Cartílago
Subproyecto 4:
Hueso
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Subproyecto 1: BIOSCAFF vascular
IP Coordinadora: Julia Buján (Madrid)
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.
Se han desarrollado sistemas
poliméricos biodegradables y
Aplicación Prótesis vasculares de
reabsorbibles
nanométricos
pequeño calibre.
capaces de dar soporte a
Modulador nanoparticulado
heparinas HBPM. Uso como
trombótico y/o reesténotico
sistemas nanoparticulados de
liberación
controlada
de
fármacos o como material
base para la construcción de
DES.
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Subproyecto 2: BIOSCAFF tejidos blandos
IP Coordinador: Juan Manuel Bellón (Madrid)
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).
Se ha desarrollado un polímero
biocompatible
que
libera
vancomicina vehiculizada en una
malla de PP, con cinética
controlada de liberación del
antibiótico.
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
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Estudios in vivo
demuestran ausencia
de infección.
FIGURA
Aspecto 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
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Subproyecto 3: BIOSCAFF cartílago
IP Coordinador: Francisco Blanco (Santiago de Compostela)
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
• Se ha fabricado un abanico de materiales macroporosos con
diferentes composiciones, biocompatibles y con respuesta celular
adecuada.
• 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.
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Hueso Cortical
Hueso Trabecular
Cartílago
de Fémur
Hueso
Subcondral
Meniscos
Cartílago
de Tibia
Defecto
Osteocondral
Médula
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Subproyecto 4: BIOSCAFF hueso
IP Coordinadora: Nuria Vilaboa (Madrid)
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).
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.
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Subproyecto 5: BIOSCAFF ojo
IP Coordinadora: Margarita Calonge (Valladolid)
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).
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.
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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
Imágenes de AFM de los sustratos de
quitosano micro estructurado (lineas de 10
μm)
Cultivo primario obtenido mediante explantes
(A) y disgregación enzimática (B) sobre
plástico
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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 ojo
Solicitud Patente nº P200930389. 2009
J. 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 blandos
Solicitud 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. 2009
J. 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”.
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PATENTES DERIVADAS DE BIOSCAFF cartílago
Solicitud 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 hueso
Solicitud 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”.
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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.
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FOROS CIBER-BBN - EMPRESA
Eventos destinados a potenciar la colaboración del CIBER-BBN
con las empresas y facilitar la transferencia de tecnología
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)
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PRIORIDADES
TISULAR
EN
INGENIERÍA
La
asociación
de
agencias
americanas
relacionadas con la salud identifica las siguientes
prioridades en Ingeniería de Tejidos:
 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-throughput
para 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.
III Conferencia Anual de las Plataformas Tecnológicas de
Investigación Biomédica
Barcelona 01/03/2010 - 28 -
 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 costobeneficio asumible.
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Barcelona 01/03/2010 - 29 -
CONCLUSIONES
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).
III Conferencia Anual de las Plataformas Tecnológicas de
Investigación Biomédica
Barcelona 01/03/2010 - 30 -
Gracias
por
Para
mayor
http://www.ciber-bbn.es
Contacto:
su
atención!
información:
Manuel
[email protected]
Doblaré
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Barcelona 01/03/2010 - 31 -