Las células madre se caracterizan por su capacidad de autorrenovación y diferenciación en varios tipos de células especializadas. Las primeras células madre que se identificaron fueron las hematopoyéticas; sin embargo, existen diferentes tipos de células madre, de diferente origen y con diferente potencial de diferenciación, por ejemplo las células madres adultas mesenquimales, identificadas y aisladas del estroma de la médula ósea a mediados del siglo pasado.

Actualmente, se sabe que son una población quiescente dentro de muchos tejidos adultos entre ellos, el tejido adiposo. Estas células cuentan con gran potencial de diferenciación in vitro, y son fuente de factores de crecimiento y citoquinas que participan en la regulación de la reparación de tejidos.

A raíz del establecimiento de la Ley de Investigaciones Biomédicas en nuestro país, es posible desarrollar investigaciones con seres humanos; sin embargo, para llegar a este nivel, es necesario sentar las bases que aseguren la calidad y efectividad de los protocolos y productos –células madre derivadas de tejido adiposo- que se vaya aplicar eventualmente a los pacientes en fases avanzadas de la investigación.
Con este proyecto, a través del establecimiento de su cultivo in vitro, identificación y diferenciación en células de diversos tejidos sobre un apósito biológico, se pretende demostrar gran parte del potencial de estas células a nivel in vitro con miras al establecimiento de las bases para las posibles aplicaciones que se les puede dar a nivel clínico. Adicionalmente, se pretende atraer la atención de personal médico de diferentes áreas para el desarrollo de terapias innovadoras que den solución a muchas afecciones que actualmente no cuentan con una cura o bien, optimizar los resultados que en este momento ofrecen las terapias convencionales actuales.

Determinación de la tasa de regeneración en heridas cutáneas aplicando células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo en un andamio de origen biológico.

La Medicina Regenerativa (MR) es un campo emergente que se enfoca en la reparación y regeneración de células, tejidos y órganos dañados. Durante los últimos años se ha desarrollado terapias celulares como parte de la medicina regenerativa. Entre los tipos de células utilizados, se destacan las células madre mesenquimales, que se caracterizan por su capacidad de autorenovación y diferenciación en varios linajes. A nivel internacional, se ha evidenciado que el uso de células madre mesenquimales de tejido adiposo, contribuye a la regeneración de la dermis y epidermis en heridas crónicas y agudas, estimulando a las células que proliferen y a que el tejido lesionado regenere en vez de que se convierta en una cicatriz fibrótica. Debido a las complicaciones que resultan de heridas en la piel causadas por quemaduras o bien úlceras resulta necesaria la implementación de terapias alternativas que mejoren o promuevan la regeneración de lesiones de esta naturaleza. Con este proyecto se busca desarrollar una terapia efectiva para el control de lesiones cutáneas utilizando una matriz de un polímero natural en el cual se encuentren células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo. En lesiones inducidas se aplicarán cinco tratamientos diferentes. Se monitoreará cada una de las heridas para determinar la tasa de regeneración y por otro lado se realizarán análisis histológico con el fin de evaluar el efecto del tratamiento propuesto en calidad del tejido formado.

PALABRAS CLAVE: Células madre de tejido adiposo, quemaduras, úlceras, regeneración, células madre mesenquimales.

• Subárea de investigación: Biotecnología de la salud

A pesar de la relevancia médica y el impacto económico en los sistemas de salud de nuestra sociedad moderna, las enfermedades cardiovasculares, entre las que se encuentran los infartos cardíacos y los accidentes cerebrovasculares, continúan siendo la principal causa de morbilidad y mortalidad en países desarrollados y en vías de desarrollo (Leal et al. 2006). En parte, lo anterior se debe a que las bases estructurales y funcionales de los procesos de formación de los coágulos sanguíneos o trombos se conocen sólo de forma incompleta y fragmentaria. La trombina juega un papel esencial en estos procesos, y los fundamentos atómico-moleculares de su interacción con otros factores que participan en el proceso de coagulación son poco conocidas, en particular su reconocimiento de importantes sustratos como el cofactor VIII y el receptor de plaquetas, PAR1. Dada la importancia de estos factores de coagulación, y siguiendo con la línea de investigación que he estado desarrollando durante mi doctorado, y en colaboración con el grupo de investigación del Dr. Pablo Fuentes-Prior (Unidad Bases Moleculares de las Enfermedades, Instituto de Investigación Biomédica – Sant Pau, Barcelona), pretendemos caracterizar los mecanismos de interacción entre estas moléculas. Para ello (1) expresaremos de forma heteróloga los enlazadores ácidos entre dominios del factor VIII (FVIII-a1, FVIII-a2 y FVIII-a3) y el ectodominio del receptor PAR1, (2) purificaremos y caracterizaremos estos fragmentos recombinantes, y (3) formaremos sus complejos con la trombina e iniciaremos la búsqueda de las condiciones de cristalización de estos complejos proteicos. Estos pasos, y en particular la determinación de condiciones en las cuales crecen cristales del tamaño y la calidad apropiados, son un auténtico cuello de botella en proyectos de estructura-función y su superación nos permitirá avanzar hacia una mejor comprensión de los procesos de interacción entre la trombina y estos factores; y por lo tanto de los mecanismos de formación de trombos.

Un alergeno es una sustancia que puede inducir una reacción de hipersensibilidad alérgica en personas susceptibles, que han estado en contacto previamente con el alérgeno. Muchos de ellos se pueden encontrar en esporas de hongos, polen, alimentos, insectos y ácaros. Existen más de 80 géneros de hongos que han sido asociados con síntomas respiratorios alérgicos. Los cuadros clínicos de rinitis y asma, son un problema predominante en Costa Rica, como se ha documentado en estudios realizados en dos hospitales de la CCSS. Se conoce por estudios aeroalergénicos, que durante los meses de lluvia, las basidiosporas representan más del 30% de las esporas de hongos presentes en medio ambiente exterior en nuestro país y se conoce de la literatura internacional, que estas esporas son capaces de producir problema de sensibilización alérgica. En este proyecto se estudiarán alérgenos causados por cepas de hongos nativos de Costa Rica, específicamente de dos especies de basidiomicetes: Ustilago sp y Ganoderma lucidium. La especie Ustilago sp suele ser dimórfica, es decir, pueden encontrarse en una fase levaduriforme y una fase de hifa dicariótica parasítica. El estudio iniciará con el establecimiento de las mejores condiciones de crecimiento in vitro del hongo Ustilago sp en medio líquido y sólido, hasta obtener la mayor producción de biomasa. El micelio de G. lucidum se obtendrá de cultivos líquidos en matraz. A partir de la biomasa se formularán extractos de cada una de las morfologías de los hongos: micelio, esporas y caldo del medio de cultivo “gastado”. Posteriormente se determinará la actividad alergénica en pacientes como en pruebas directas en la piel, que serán realizadas en el Centro de Diagnóstico y Tratamiento de Alergias Costa Rica, bajo la responsabilidad del Dr. Riggioni. Debido a que el impacto en la salud causado por alérgenos se ha incrementado en los último años en el país, la rinitis y el asma así como los cuadros alérgicos severos con anafilaxis se requieren pruebas se requieren pruebas alergénicas más específicas, que ayuden al especialista en el diagnóstico. Los investigadores de dos Centros de Investigación (CIB y CIIBI), en alianza con médicos alergólogos, en el marco de esta propuesta, proyectan la obtención de extractos alergénicos estandarizados a partir de cepas de Ustilago sp y Ganoderma lucidum, nativas de Costa Rica para el diagnóstico y tratamiento clínico de alergias a Basidiomicetos.

Ustilago, Ganoderma lucidium, alergénicos, dimorfirmos, basidiomicetes.

• Subárea asociada: Biotecnología de la Salud

Los animales están expuestos a ingerir sustancias y/o animales venenosos, que le causan severas intoxicaciones y hasta la muerte.

 Los médicos veterinarios recomiendan en el caso de animales domésticos, como mascotas, provocar el vómito. Para ello existen un sin número de remedios caseros pero ninguno es realmente efectivo, ya que no provocan el vómito de inmediato, permitiendo que las sustancias tóxicas logren llegar a todo el sistema digestivo, empeorando el daño en los animales. Psychotria ipecacuana, conocida como raicilla es una planta leñosa que produce, principalmente en su raíz, un metabolito secundario conocido como emetina, perteneciente al grupo de los alcaloides. Posee propiedades medicinales como vomitivo, expectorante y diaforético. Se reporta su consumo en humanos, en casos de intoxicación, pero son pocos los reportes en animales. En este proyecto se desea obtener un jarabe de ipecacuana para el tratamiento de animales envenenados. Se realizará la colecta del material vegetal en fincas de agricultores de la zona Norte y se preparará prototipo de extracto natural de la raíz de P.ipecacuana con el fin de realizar pruebas de su efectividad en animales, a cargo de un médico veterinario. Este nuevo uso como producto veterinario podría diversificar el mercado nacional de la ipecacuana.

Ipecacuana, raicilla, jarabe, vomitivo, emetina.

• Subárea asociada: Biotecnología de la Salud

Investigaciones previas realizadas en el Laboratorio de Ingeniería de Tejidos del Centro de Investigación en Biotecnología del Instituto Tecnológico de Costa Rica han sentado la base para el desarrollo de la investigación biomédica en la Institución. Esto ha permitido el establecimiento de tecnologías para el estudio de la actividad biológica de diversos agentes en modelos celulares, llevando a la identificación de sustancias bioactivas de origen botánico con potenciales propiedades terapéuticas. En este sentido, el proyecto vigente “Caracterización de la actividad biológica in vitro de tres especies vegetales de interés científico nativas de Costa Rica” permitió identificar que el jugo de la mora tropical de altura (Rubus adenotrichos) posee gran potencial anti-carcinogénico, específicamente como agente quimiopreventivo contra el cáncer de piel. La presente propuesta pretende realizar una caracterización molecular más detallada de la actividad biológica de la mora tropical de altura, con el fin de identificar en dos fracciones químicas cuáles son los compuestos específicos responsables de la bioactividad, así como la dilucidación específica de las vías celulares involucradas, utilizando modelos celulares in vitro de líneas cancerosas representativas de los principales tipos de cáncer en Costa Rica. Para ello, se estudiará la expresión y localización celular de proteínas relacionadas con la proliferación y muerte celular, a la vez que se analizará la modulación de los genes que regulan estos procesos.

Además, se determinará si dichas fracciones poseen efectos a nivel sistémico, utilizando un modelo de piel reconstruida in vitro por ingeniería de tejidos, y se iniciarán estudios del efecto metabólico de las fracciones en modelos animales. La interdisciplinariedad de este proyecto afianzará colaboraciones con otros investigadores y docentes a nivel nacional e internacional y se espera que los resultados obtenidos permitan, en el mediano plazo, desarrollar un producto comercializable a nivel industrial.

Citotoxicidad, quimioprevención, apoptosis, transcriptómica, expresión génica.

• Subárea asociada: Biotecnología de la Salud

La respuesta inmune depende en gran medida en un aumento en los flujos de calcio hacia el citosol, sin embargo, los mecanismos que controlan estos flujos aún no han sido determinados en su totalidad. Sorcin es una proteína citosólica que se trasloca al retículo endoplasmático para controlar la entrada de calcio y mantener la concentración citosólica en los niveles adecuados. Esta proteína ha sido asociada con resistencia multidroga en distintos tipos tumorales, a la vez que la manipulación genética de su expresión se ha asociado con alguna característica propia de un fenotipo cancerígeno. Estudios preliminares en ratones knock-out  para esta proteína, sugieren su participación en eventos de hiperproliferación  (una característica distintiva del cáncer) además de activación de células linfocíticas. En este estudio, se pretende evaluar el papel de la proteína sorcin en estos procesos partiendo de la hipótesis de que la misma ejerce un efecto a través de su papel regulador de las concentraciones de calcio intracelulares. Lo anterior se evaluará por medio de  curvas de proliferación, determinación de los perfiles de citoquinas y mediciones preliminares de los flujos de calcio en linfocitos obtenidos de cultivo primario tras su activación. Por medio de la manipulación genética de estas células para el silenciamiento del gen sorcin se establecerán los cambios ocurridos en los parámetros anteriormente mencionados con el fin de evidenciar la participación de la proteína en la proliferación y activación de las células en cuestión. El conjunto de estos datos brindará evidencia en cuanto el impacto de la ausencia del gen sorcin y el potencial desarrollo de fenotipos relacionados con eventos de hiperproliferación.

• Subárea asociada: Biotecnología de la Salud