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Cómo las células madre están dando forma al descubrimiento de fármacos

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Cómo las células madre están dando forma al descubrimiento de fármacos

La biología de células madre es un campo de investigación que avanza rápidamente, que ha contribuido a una gama sustancialmente diversa de disciplinas científicas, que van desde la biología del desarrollo hasta la medicina regenerativa. En los últimos años, una de las aplicaciones más prometedoras para la biología de células madre ha sidoen el descubrimiento de fármacos. Las células madre se utilizan cada vez más de formas nuevas e innovadoras para mejorar el proceso de descubrimiento de fármacos, que abarca la academia, las empresas emergentes de biotecnología y las grandes empresas farmacéuticas.

En esta lista, veremos cómo se utilizan las células madre en el proceso de descubrimiento de fármacos, desde el modelado de enfermedades hasta la identificación de objetivos, pasando por la detección de compuestos y las pruebas de toxicidad. También analizaremos las tecnologías fundamentales de células madre ycómo estos están dando forma a la industria farmacéutica.

modelado de enfermedades


El descubrimiento de fármacos se basa en tener modelos precisos de enfermedades humanas. Históricamente, el modelado de enfermedades se ha restringido a modelos animales, organismos unicelulares simples como la levadura y líneas celulares de cáncer humano inmortalizadas. Si bien contribuye sustancialmente a nuestra comprensión de diversas enfermedades, los animalesLos modelos no se aproximan completamente a la fisiología humana y los estudios no pueden ampliarse lo suficiente para realizar ensayos fenotípicos completos a gran escala. Por otro lado, las líneas celulares inmortalizadas puede se ampliará, pero a veces son modelos poco fiables de enfermedad humana debido a anomalías cariotípicas sustanciales. células HeLa por ejemplo, se ha informado que contiene hasta 80 cromosomas. 1 Además, ciertos tipos de células, como los subtipos neuronales diferenciados terminalmente, son difíciles de obtener a partir de líneas celulares inmortalizadas.

El trabajo pionero de Shinya Yamanaka en 2006 ayudó a eludir estos problemas, al demostrar que la reprogramación genética podría convertir las células adultas diferenciadas terminalmente de nuevo en un estado embrionario. Estas células madre resultantes, denominadas células madre pluripotentes inducidas iPSC, comparten muchas característicasde células madre embrionarias ESC, incluida la pluripotencia. 4

2-D in vitro los modelos de enfermedades solo pueden llegar hasta cierto punto en la recapitulación de las enfermedades humanas, ya que las células en el cuerpo humano no existen de forma aislada. Además, la maduración de las iPSC en tipos de células adultas funcionalmente maduras a menudo ha demostrado ser un desafío en un entorno de cultivo de tejidos 2D.

cribado compuesto


Traducción derivada de células madre complejas in vitro modelos a gran escala, reproducibles ensayos fenotípicos que permite la detección de miles de compuestos, es un paso vital pero desafiante en el descubrimiento de fármacos basados ​​en células madre.

identificación del objetivo


identificación del objetivo es el proceso de identificación de un objetivo molecular que tiene el potencial de ser modulado por un agente terapéutico. La identificación de nuevos objetivos farmacológicos utilizando células madre puede realizarse a través de varias rutas diferentes. Los modelos de enfermedades basados ​​en células madre ofrecen a muchos grupos académicos unaUna forma más barata y a menudo más precisa de investigar nuevos mecanismos de enfermedad, lo que resulta en una mayor comprensión de la base molecular de la enfermedad.

Sobre la base de esto, se han establecido una serie de colaboraciones académicas a gran escala para acumular una gran cantidad de datos biomédicos de las iPSC. Un ejemplo clave de esto es el Iniciativa de células madre pluripotentes inducidas por humanos , donde se recopilaron datos genómicos, transcriptómicos, proteómicos y fenotípicos de miles de líneas de iPSC sanas y asociadas a enfermedades. Esta plataforma de código abierto tiene como objetivo proporcionar a los investigadores un recurso global que se puede utilizar para identificar nuevos objetivos moleculares específicos de enfermedades. 27

Finalmente, como se mencionó anteriormente, las pantallas fenotípicas derivadas de células madre ofrecen un método holístico y empírico para identificar compuestos novedosos que revierten los fenotipos asociados a enfermedades. Utilizando estrategias de deconvolución posteriores, es posible identificar nuevos objetivos moleculares para estas enfermedades. Este enfoque esparticularmente útil cuando se trata de identificar nuevos objetivos para enfermedades donde el panorama mecanicista no se comprende completamente.

detección de toxicidad


Si bien los modelos basados ​​en células madre son increíblemente útiles en las pruebas fenotípicas específicas de la enfermedad en etapa temprana, las células madre también pueden ser una herramienta increíblemente útil para identificar efectos adversos fuera del objetivo de medicamentos que ya están en desarrollo. Identificar dichos efectos al principio del canalización de desarrollo de fármacos puede ser mucho más rentable que identificar estos efectos más adelante en estudios con animales o, en algunos casos, durante estudios clínicos.

De hecho, ahora existen varias pruebas de toxicidad derivadas de células madre que han demostrado su eficacia al identificar los efectos secundarios adversos de los medicamentos ya disponibles. Entre ellas se incluyen las pruebas de toxicidad cardíaca. 28 y pantallas de toxicidad hepática. 29 Se espera que la detección de toxicidad en las primeras etapas del proceso de desarrollo de fármacos facilite el rediseño de compuestos para reducir su toxicidad.

resumen


Las células madre se están convirtiendo rápidamente en una herramienta invaluable en el proceso de descubrimiento de fármacos. Las células madre ofrecen la notable capacidad de generar una fuente ilimitada de tipos de células relevantes para enfermedades a partir de las cuales identificar nuevos objetivos moleculares, realizar pantallas fenotípicas a gran escala y también identificar-toxicidades objetivo.

Referencias :

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