Director: Dr. Gustavo Yannarelli

Integrantes: Dra. Natalia Pacienza, Dr. Diego Santa-Cruz , Bioq. Ricardo Malvicini, Lic. Cecilia Sanmartin

Página web del laboratorio (en inglés) aquí

Desde su descubrimiento, las células madre han despertado gran interés en la comunidad científica debido a su capacidad de diferenciación y de autorrenovación.  En las últimas décadas se incrementó exponencialmente el estudio de células madre para terapias regenerativas, en particular, de las células madre mesenquimales (MSCs). Estas células adultas y multipotentes se obtienen de diferentes tejidos, como medula ósea, tejido adiposo, cordón umbilical, etc. Las MSCs poseen la capacidad de secretar factores de crecimiento, citoquinas y vesículas extracelulares, que contribuyen a la homeostasis tisular y serian responsables de su poder regenerativo. Sin embargo, todavía se desconocen varios aspectos sobre la naturaleza de estas células. En este sentido, nuestro laboratorio se propone dilucidar los mecanismos moleculares que regulan la multipotencialidad de las MSCs y su secretoma (efecto parácrino), como así también evaluar su eficacia en terapias regenerativas y de preservación de órganos.

Líneas de investigación:

• Rol del OCT4 en la multipotencialidad de las MSCs:

El factor de transcripción OCT4, es un regulador maestro, involucrado en mantener la autorrenovación y la pluripotencia en células madre embrionarias. Además, es un factor clave para la reprogramación celular. En nuestro laboratorio, demostramos que la expresión de OCT4 es necesaria para la diferenciación de las MSCs. Actualmente estamos estudiando los mecanismos moleculares por los cuales el OCT4 mantiene la multipotencialidad de las MSCs y regula su interacción con el microambiente.

• Caracterización de subpoblaciones de exosomas derivados de MSCs:

Los exosomas son un tipo de vesículas extracelulares (40-200 nm) liberados por la mayoría de las células. Estas vesículas extracelulares contienen ácidos nucleicos, lípidos y proteínas, que son capaces de modificar el metabolismo de células receptoras y, por lo tanto, actúan en la comunicación célula-célula. La carga de los exosomas puede variar en respuesta a estímulos externos y a estados de activación de las células productoras. En particular, nos interesa el estudio de exosomas derivados de células madre mesenquimales de cordón umbilical humano (UC-MSCs). Recientemente, desarrollamos un protocolo para el aislamiento de subpoblaciones de exosomas mediante cromatografía de intercambio iónico. Por otro lado, estandarizamos un ensayo de macrófagos in vitro para evaluar el potencial anti-inflamatorio de estas vesículas. Es así, que nos proponemos caracterizar molecular y funcionalmente distintas subpoblaciones de exosomas para su uso en terapias regenerativas.

• Exosomas derivados de MSCs que sobreexpresan hemooxigenasa-1 como estrategia terapéutica para regeneración cardíaca

La terapia celular con MSCs ha demostrado beneficios en el tratamiento de diversas patologías a nivel preclínico y de estudios clínicos, debido a sus propiedades anti-inflamatorias, anti-oxidantes, y pro-regenerativas. Actualmente se acepta que el principal mecanismo de acción de las MSCs se debe a su efecto parácrino (factores solubles y exosomas). El infarto agudo de miocardio (IAM) es una patología isquémica, con un gran componente inflamatorio, que lleva a la pérdida irreversible de cardiomiocitos. En este sentido, la hemooxigenasa-1 es una enzima con importantes propiedades anti-oxidantes y anti-inflamatorias. De esta forma, nos proponemos utilizar exosomas derivados de UC-MSCs, que sobreexpresen hemooxigenasa-1, en modelos de regeneración cardíaca.

• MSCs como una posible estrategia terapéutica para preservación y recuperación de pulmones donantes para trasplante pulmonar:

El trasplante pulmonar es el tratamiento estándar en las patologías respiratorias terminales. Sin embargo, el número de pacientes en lista de espera es superior a los órganos disponibles para trasplante. Esto se debe no solo a la escasez de donantes de órganos, sino también a que el 85% de los pulmones donantes se descartan, dado que no se encuentran en condiciones aptas para ser trasplantados. Esto se debe a un proceso de inflamación estéril, caracterizado por la presencia de edema, infiltrado celular, y estrés oxidativo. Es por ello que resulta imperioso mejorar la preservación de los pulmones donantes, a fin de que puedan cumplir con los criterios de aceptación para trasplante. En este sentido, dadas las propiedades anti-inflamatorias y anti-oxidantes de las MSCs, proponemos la terapia con células madre para mejorar la preservación de pulmones donantes y recuperar aquellos órganos no aptos para trasplante.

Publicaciones internacionales más relevantes:

• Pacienza N, Santa-Cruz D, Malvicini R, Robledo O, Lemus-Larralde G, Bertolotti A, Marcos M, Yannarelli G. Mesenchymal stem cell therapy facilitates donor lung preservation by reducing oxidative damage during ischemia. Stem Cells Int. 2019;2019:8089215. doi: 10.1155/2019/8089215.
• Malvicini R, Santa-Cruz D, Pacienza N, Yannarelli G. OCT4 silencing triggers its epigenetic repression and impairs the osteogenic and adipogenic differentiation of mesenchymal stromal cells. Int J Mol Sci. 2019;20(13). pii: E3268. doi: 10.3390/ijms20133268.
• Pacienza N, Lee RH, Bae EH, Kim DK, Liu Q, Prockop DJ, Yannarelli G. In vitro macrophage assay predicts the in vivo anti-inflammatory potential of exosomes from human mesenchymal stromal cells (MSCs). Mol Ther Methods Clin Dev. 2018; 13:67-76. doi: 10.1016/j.omtm.2018.12.003.
• Yannarelli G, Pacienza N, Montanari S, Santa-Cruz D, Viswanathan S, Keating A. OCT4 expression mediates partial cardiomyocyte reprogramming of mesenchymal stromal cells. PLoS One. 2017;12(12):e0189131. doi: 10.1371/journal.pone.0189131.
• Santa-Cruz D, Pacienza N, Zilli C, Pagano E, Balestrasse K, Yannarelli G. Heme oxygenase up-regulation under ultraviolet-B radiation is not epigenetically restricted and involves specific stress-related transcriptions factors. Redox Biol. 2017;12:549-557. doi: 10.1016/j.redox.2017.03.028.
• Yannarelli G, Pacienza N, Cuniberti L, Medin J, Davies J, Keating A. The potential role of epigenetics on multipotent cell differentiation capacity of mesenchymal stromal cells. Stem Cells. 2013;31(1):215-220. doi: 10.1002/stem.1262.
• Yannarelli G, Dayan V, Pacienza N, Lee CJ, Medin J, Keating A. Human umbilical cord perivascular cells exhibit enhanced cardiomyocyte reprogramming and cardiac function after experimental acute myocardial infarction. Cell Transplant. 2013;22(9):1651-1666. doi: 10.3727/096368912X657675.

Subsidios:

• 2020–actual: FONCyT, PICT-2018-01086 (PICT A, $2.340.000). IR: Dr. Yannarelli G. Título: Caracterización de subpoblaciones de exosomas derivados de células madre mesenquimales y su implicancia en terapias regenerativas cardiovasculares.
• 2017-2019: Programas de Cooperación Bilateral Nivel 1 (PCB I). Convenio de Cooperación Científica CONICET - National Institute of Health (NIH) de Estados Unidos. IR: Dr. Yannarelli G. Título: Exosomas derivados de células madre mesenquimales que sobreexpresan hemooxigenasa-1 como estrategia terapéutica para regeneración cardíaca.
• 2016-actual: CONICET, PIP 2015-2017. IR: Dr. Yannarelli G. Título: Sobreexpresión de hemooxigenasa-1 en células madre mesenquimales como estrategia terapéutica para regeneración cardíaca: rol del monóxido de carbono en la cardiomiogénesis.
• 2016-2019: FONCyT, PICT-2014-1198. IR: Dr. Yannarelli G. Título: Rol del factor de transcripción OCT4 en la regulación de la mutipotencialidad y regeneración cardíaca mediada por células madre mesenquimales derivadas de cordón umbilical humano (HUCPVCs) en un modelo de infarto agudo de miocardio.
• 2015-2017: FONCyT, PICT-2013-0754. IR: Dra. Pacienza N. Título: Células madre mesenquimales genéticamente modificadas como una posible estrategia terapéutica para prevenir la disfunción primaria del injerto en el trasplante pulmonar.

Colaboradores:

Dra. Alejandra Chasseing, Laboratorio de Inmunohematología, Instituto de Biología y Medicina Experimental (IBYME), CONICET.

Dr. Guillermo Mazzolini, Laboratorio de Terapia Génica, Instituto de Investigaciones en Medicina Traslacional (IIMT), Universidad Austral-CONICET.

Dra. María del Carmen Vila, Departamento de Química Biológica, Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), Universidad de Buenos Aires (UBA)-CONICET.

Dr. Martín Marcos, Departamento de Cirugía, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad Nacional de La Plata (UNLP).

Dra. Karina Balestrasse. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales (INBA), Facultad de Agronomía, Universidad de Buenos Aires (UBA)-CONICET.

Colaboradores internacionales:

Dr. Armand Keating, Cell Therapy Program, Princess Margaret Hospital, University Health Network (UHN), University of Toronto (UofT), Toronto, Canada.

Dr. Maurizio Muraca, Stem Cell and Regenerative Medicine Laboratory, Department of Women’s and Children’s Health, University of Padova, Padova, Italia.

Dr. Darwin Prockop, Institute for Regenerative Medicine, Texas A&M Health Science Center, College of Medicine, TX, USA.

Dr. Mujib Ullah, MD, PhD, Institute for Immunity, Transplantation, Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, School of Medicine, Stanford University, CA, USA.