You are here

    • You are here:
    • Home > New method to boost supply of life-saving stem cells

New method to boost supply of life-saving stem cells

NewsNEWS

08
Dec
Tue, 08/12/2020 - 18:09

New method to boost supply of life-saving stem cells

Pictured: ICREA Research Professor Pia Cosma, who led the work alongside Karthik Arumugam

EN CASTELLANO/EN CATALÀ

Researchers at the Centre for Genomic Regulation (CRG) in Barcelona and Columbia University in New York City have identified a protein that is critical for the expansion of typically scarce, life-saving blood stem cells.

The discovery may lead to new methods for growing a large quantity of these stem cells, both inside and outside the human body, currently one of the greatest limitations for their use in a variety of medical procedures, from treatment of blood cancers to inherited blood disorders that require a bone marrow transplantation. The findings are published today in the journal Cell Reports.

Hematopoietic stem cells (HSCs) are responsible for the constant renewal of blood, producing billions of new cells every day. HSCs have unlimited potential to renew themselves for the entire lifespan of an organism, giving rise to every type of blood cell, including the cells that make up our immune systems.

HSCs have great potential in treating incurable cancers, autoimmune diseases and inherited blood disorders. However, just 1 in 2500 cells in the blood marrow are HSCs, a scarcity that limits their use in medical procedures.

One way of obtaining more HSCs is by expanding the existing number found in the bone marrow, circulating blood or cord blood. A second way is by reprogramming other blood stem cells so that they acquire some of the self-renewing characteristics typical of HSCs. 

The authors of the study used an algorithm called VIPER to identify proteins capable of reprograming other blood stem cells. Out of eight potential candidates identified by the algorithm, just one – a gene known as BAZ2B – was able to significantly expand the number of HSCs in blood from the umbilical cord. 

BAZ2B was able to reprogram blood stem cells to an HSC-like state by rearranging their chromatin, opening up unique regions in the genome that were previously inaccessible. The resulting cells successfully transplanted into the bone marrow of immunocompromised mice, renewing the growth of the tissue.  

“The scarcity of hematopoietic stem cells is one of the biggest barriers to the development of new and improved treatments. Our findings are exciting because we have found a way of boosting their numbers after activating just one factor” says ICREA Research Professor Pia Cosma, Group Leader at the CRG and one of the authors of the study. “Yielding more of these live-saving stem cells will benefit a variety of different patients in the long-term.” 

According to Andea Califano, Clyde and Helen Wu Professor of Chemical and Systems Biology at Columbia University Medical Center, “It is really exciting to see that the methodologies we have developed to discover the proteins that implement and maintain the malignant state of cancer cells can also be used to identify key players in normal human physiology, including proteins that can help fight other diseases. Remarkably, the proteins that are best suited to the VIPER methodology are exactly those that control human developmental processes, such as blood differentiation and regeneration, thus opening up new exciting avenues in regenerative medicine.”

EN CASTELLANO

Desarrollado un nuevo método para impulsar el suministro de células madre vitales  

Equipos científicos del Centro de Regulación Genómica (CRG) en Barcelona y la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York, han identificado una proteína que es fundamental para la expansión de las células madre sanguíneas, que suelen ser escasas y vitales.

El descubrimiento puede conducir al desarrollo de nuevos métodos para cultivar una gran cantidad de estas células madre, tanto dentro como fuera del cuerpo humano. La escasez de estas células limita su uso clínico para tratar enfermedades que requieren un trasplante de la médula ósea como, por ejemplo, los cánceres de la sangre o trastornos sanguíneos hereditarios. Los hallazgos se publican hoy en la revista Cell Reports

Las células madre hematopoyéticas (CMH) son responsables de la renovación constante de la sangre y producen diariamente miles de millones de células nuevas. Las CMH tienen un potencial ilimitado para renovarse durante toda la vida de un organismo, convirtiéndose en todo tipo de células sanguíneas, incluidas las que forman nuestro sistema inmunológico.

Las CMH tienen un gran potencial para tratar cánceres incurables, enfermedades autoinmunes y trastornos sanguíneos hereditarios. Sin embargo, solo 1 de cada 2.500 células de la médula sanguínea son CMH. 

Una manera de obtener más CMH es incrementar la cantidad existente en la médula ósea, la sangre circulante o la sangre del cordón. Una segunda manera es reprogramar otras células madre sanguíneas para que adquieran algunas de las características de renovación típicas de las CMH. 

El equipo que firma el estudio utilizaron un algoritmo llamado VIPER para identificar proteínas capaces de reprogramar otras células madre sanguíneas. De las ocho candidatas identificadas por el algoritmo, solo una, un gen conocido como BAZ2B, pudo expandir la cantidad de CMH procedentes de la sangre del cordón umbilical. 

BAZ2B también pudo reprogramar las células madre sanguíneas a un estado similar al de las CMH a través de un mecanismo que reordena su cromatina, abriendo regiones únicas en el genoma previamente inaccesibles. Las células resultantes se trasplantaron con éxito a la médula ósea de ratones inmunodeprimidos, renovando el crecimiento del tejido. 

“La escasez de células madre hematopoyéticas es una de las mayores barreras para el desarrollo de tratamientos nuevos y más potentes. Nuestros hallazgos son emocionantes porque hemos encontrado una manera de aumentar las cantidades después de activar solo un factor,” dice la profesora de investigación ICREA Pia Cosma, jefa de grupo en el CRG y una de las autoras del estudio. "Producir un gran número de estas células madre vitales beneficiará a una gran variedad de pacientes a largo plazo". 

Según Andrea Califano, profesor Clyde y Helen Wu de Química y Biología de Sistemas, en el Centro Médico de la Universidad de Columbia, “es realmente emocionante ver que las metodologías que hemos desarrollado para descubrir las proteínas que causan y mantienen el estado maligno de las células cancerosas también pueden utilizarse para identificar actores clave en la fisiología humana normal, incluidas las proteínas que pueden ayudar a combatir otras enfermedades. Sorprendentemente, las proteínas que se adaptan mejor a la metodología VIPER son exactamente aquellas que controlan los procesos de desarrollo humano, como la diferenciación y regeneración de la sangre, abriendo así nuevas y emocionantes vías en la medicina regenerativa.”

EN CATALÀ

Desenvolupat un nou mètode per impulsar el subministrament de cèl·lules mare vitals

Equips científics del Centre de Regulació Genòmica (CRG) a Barcelona i la Universitat de Columbia a la ciutat de Nova York, han identificat una proteïna que és fonamental per a l’expansió de les cèl·lules mare sanguínies, que solen ser escasses i vitals.

El descobriment pot conduir al desenvolupament de nous mètodes per a cultivar una gran quantitat d’aquestes cèl·lules mare, tant a dins com a fora del cos humà. L’escassedat d’aquestes cèl·lules limita el seu ús clínic per a tractar malalties que requereixen un transplantament de medul·la òssia com ara els càncers de la sang o els trastorns sanguinis hereditaris. Les troballes es publiquen avui a la revista Cell Reports.

Les cèl·lules mare hematopoètiques (CMH) són responsables de la renovació constant de la sang i produeixen diàriament mils de milions de cèl·lules noves. Les CMH tenen un potencial il·limitat per renovar-se durant tota la vida d’un organisme, convertint-se en tot tipus de cèl·lules sanguínies, incloses les que formen el nostre sistema immunològic. 

Les CMH tenen un gran potencial per tractar càncers incurables, malalties autoimmunitàries i trastorns sanguinis hereditaris. Tanmateix, només 1 de cada 2.500 cèl·lules de la medul·la sanguínia són CMH.

Una manera d’obtenir més CMH és incrementar la quantitat existent a la medul·la òssia, la sang circulant o la sang del cordó. Una segona manera és reprogramar d’altres cèl·lules mare sanguínies per a què adquireixin algunes de les característiques de renovació típiques de les CMH.

L’equip que signa l’estudi emprà un algoritme anomenat VIPER per identificar proteïnes capaces de reprogramar d’altres cèl·lules mare sanguínies. De les vuit candidates identificades per l’algoritme, només una, un gen conegut com a BAZ2B, va poder expandir la quantitat de CMH procedents de la sang del cordó umbilical. 

BAZ2B també va poder reprogramar les cèl·lules mare sanguínies a un estat similar al de les CMH a través d’un mecanisme que reordena la seva cromatina obrint regions úniques en el genoma prèviament inaccessibles. Les cèl·lules resultants es trasplantaren amb èxit a la medul·la òssia de ratolins immunodeprimits, renovant el creixement del teixit.

“L’escassedat de cèl·lules mare hematopoètiques és una de les barreres més grans per al desenvolupament de tractaments nous i més potents. Les nostres troballes són emocionants perquè hem trobat una manera d’augmentar les quantitats activant només un factor,” diu la professora d’investigació ICREA Pia Cosma, cap de grup al CRG i una de les autores de l’estudi. “Produir un gran nombre d’aquestes cèl·lules mare vitals beneficiarà a una gran varietat de pacients a llarg termini.” 

Segons Andrea Califano, professor Clyde y Helen Wu de Química i Biologia de Sistemes, al Centre Mèdic de la Universitat de Columbia, “és realment fascinant comprovar que les metodologies que hem desenvolupat per descobrir les proteïnes que causen i mantenen l’estat maligne de les cèl·lules canceroses també poden emprar-se per identificar actors clau a la fisiologia humana normal, incloses les proteïnes que poden ajudar a combatre d’altres malalties. Sorprenentment, les proteïnes que s’adapten millor a la metodologia VIPER són exactament aquelles que controlen els processos de desenvolupament humà, com la diferenciació i regeneració de la sang, obrint així noves i emocionants vies en la medicina regenerativa.”