Resumen de Supermagnetic nanoparticles for cell tracking and magnetic vectorization n ischemic stroke = Nanopartículas superparamagnéticas para seguimiento celular y vectorización magnética en el ictus isquémico
- español
Las enfermedades cerebrovasculares son la segunda causa de muerte y la primera de discapacidad en países desarrollados. Sin embargo, las terapias disponibles son limitadas. La trombolisis farmacológica o la reperfusión mecánica son las estrategias que reportan mejores beneficios a los pacientes, en términos de pronóstico neurológico, siendo el activador tisular del plasminógeno recombinante (rt-PA) el más común de todos ellos. Recientemente, la terapia celular ha surgido como una estrategia prometedora frente a tratamientos farmacológicos convencionales debido a sus múltiples y potenciales mecanismos de acción, entre los cuales se han destacado la integración de las células administradas en los tejidos, procesos de inmunomodulación, o secreción de factores de crecimiento. Aspectos como el tipo celular, dosis, ventana terapéutica, toxicidad o la relación entre biodistribución y pronóstico deben ser todavía estudiados en profundidad. Aunque la administración sistémica es la preferida para la mayoría de los ensayos in vivo con células madre hasta el momento, no está claro todavía si las células administradas van a ejercer su efecto terapéutico desde el cerebro o desde otra parte del cuerpo. Para estudiar la biodistribución, se han desarrollado varias técnicas de imagen combinadas con marcajes celulares específicos siguiendo distintas rutas de administración. Estas técnicas aplicadas a terapia celular tienen un papel doble; el de seguimiento celular tras la inyección en tiempo real, y el de evaluación de la progresión de la patología. Hoy en día, la resonancia magnética nuclear (RMN) es una de las mejores herramientas de diagnóstico disponibles, no solo por la alta resolución de sus imágenes, sino también por su carácter no invasivo y radiación no ionizante. Sin embargo, las células inyectadas son demasiado pequeñas para poder ser visualizadas por RMN. Para su detección y estudio es necesario el uso de agentes de contraste como las nanopartículas superparamagnéticas, las cuales son una herramienta idónea para marcaje celular, no sólo por el alto contraste que generan en RMN, sino también por la reducida toxicidad y sencillez en el proceso de marcaje. Así, la hipótesis de este trabajo se basó en la síntesis de nanopartículas superparamagnéticas biocompatibles para seguimiento celular in vivo. Las células marcadas con estas nanopartículas superparamagnéticas pueden ser monitorizadas in vivo por técnicas de RMN y guiadas mediante campos magnéticos externos sin dañar a las células y proporcionando información de la biodistribución celular siguiendo distintas rutas de administración. Además, este marcaje nos permitirá el estudio de los efectos terapéuticos en un modelo animal de isquemia cerebral dependiendo de la localización de las células tras la administración.
- English
Cerebrovascular diseases are the second cause of death and the first cause of disability in developed countries. However, therapies for these diseases are quite limited. So far, pharmacological thrombolysis or mechanical reperfusion are the strategies that report higher benefits in the acute phase for the patients, in terms of neurological outcome, being the recombinant tissue plasminogen activator (rt-PA) the most common thrombolytic agent. Cell based therapies have emerged as a promissing approaches to conventional pharmacological treatments due to their multipotential action mechanisms. Integration in the host, immunomodulation processes or growth factors secretion are the possible ways of action, however fundamental questions related to cell type, characterization and dosage, therapeutic timing versus toxicity or the relationship between biodistribution, fate and outcome must be elucidated. A large number of preclinical and clinical trials have used systemic infusion of these cells, nevertheless it is still necessary to understand if transplanted MSCs can home to and engraft at ischemic and injured sites in the brain to exert their therapeutic effects. Several imaging techniques combined with cellular labeling agents have been developed to monitor the fate of injected cells following different administration routes. However, for stem cell therapy the goal of imaging techniques is double. On one hand is crucial to determine where and when the cells are, but on the other hand imaging modality is also important to evaluate the pathological progress of the target organ as well. Nowadays, magnetic resonance imaging (MRI) is one of the most powerful medical diagnostic tools available due to the high resolution images, but also because of the non-invasive and no ionizing radiation nature of the technique. Nevertheless, administered cells are too small to be detectable in MRI. The use of biocompatible contrast agents can overcome this limitation. Thus, superparamagnetic nanoparticles are an excellent tool for stem cell labeling, not only for the high quality of the MRI image, for the low toxicity and the ease for tagging as well.
Overall, in this work we have hypothesized that it is possible to synthesize biocompatible superparamagnetic nanoparticles for in vivo cell tracking. Superparamagnetic nanoparticles-tagged cells can be monitored in vivo by MRI and guided with magnetic fields without harmful effects, providing information of the cellular fate after different routes of administration. Moreover, the nanoparticle labeling will allow us to study therapeutic effects in an animal model of ischemic stroke based on the localization of the cells after delivery.
