https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39473
Tipo: | Tese |
Título: | Investigação do potencial terapêutico e análise patentária de linhagens de células-tronco mesenquimais e suas vesículas extracelulares para a dor neuropática |
Título(s) alternativo(s): | Investigation of the therapeutic potential and patent analysis of mesenchymal stem cell lines and their extracellular vesicles for neuropathic pain. |
Autor(es): | Opretzka, Luiza Carolina França |
Primeiro Orientador: | Villarreal, Cristiane Flora |
metadata.dc.contributor.referee1: | Villarreal, Cristiane Flora |
metadata.dc.contributor.referee2: | Ferrari, Luiz Fernando |
metadata.dc.contributor.referee3: | Parada, Carlos Almicar |
metadata.dc.contributor.referee4: | Macambira, Simone Garcia |
metadata.dc.contributor.referee5: | Silva, Victor Diógenes Amaral da |
Resumo: | A dor neuropática é uma síndrome de dor crônica que afeta significativamente a qualidade de vida dos pacientes, os quais se beneficiam pouco ou não respondem ao tratamento disponível. Essa lacuna terapêutica pode ser sanada com o uso de terapias regenerativas com células-tronco mesenquimais. OBJETIVOS: Este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial terapêutico de uma linhagem de célula-tronco mesenquimal humana (MSC), uma linhagem derivada de MSC superexpressando o fator inibidor de leucemia (MSC-LIF), e suas vesículas extracelulares (VE-MSC e VE-LIF) na dor neuropática experimental, explorar os mecanismos associados aos efeitos antinociceptivos de MSC e VE-MSC, e realizar uma análise das patentes publicadas protegendo derivados de células-tronco. MÉTODOS: MSC obtidas de um biobanco foram modificadas geneticamente para superexpressar LIF. Vesículas extracelulares foram isoladas por ultracentrifugação e caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão, análise de rastreamento de nanopartículas e Dotblot. As citocinas liberadas por macrófagos estimulados in vitro e tratados com MSC, VE-MSC, MSC-LIF ou VE-LIF foram quantificadas por ELISA. Em camundongos submetidos ao modelo de dor neuropática induzida por ligadura parcial do nervo ciático foram avaliados o efeito antinociceptivo, por meio dos testes de Hargreaves e filamentos de von Frey, e a capacidade física em esteira ergométrica. Camundongos knockout para interleucina-10 (IL-10 KO) e ensaios de antagonismo farmacológico com um antagonista seletivo de CXCR2 (SB225002; 1 mg/kg, i.p.) foram utilizados para investigar os mecanismos de ação das MSC e VE-MSC. Foram realizadas análises de citocinas por ELISA e expressão gênica de PENK por RT-qPCR em secções de medula espinal (L4-L5) e os níveis séricos de CXCL1 foram analisados por ELISA. Adicionalmente, a prospecção patentária sobre produtos de terapia cell-free derivados de MSC foi realizada usando o DWPI como base de dados. RESULTADOS: Todos os tratamentos reduziram os níveis de TNF-α e elevaram os de IL-10 em macrófagos em cultura, indicando a possível aplicação na neuropatia sensorial. Uma única injeção de MSC (1x106), VE-MSC (7,45x109 ± 2,25 x108 partículas/mL), MSC-LIF (1x106) e VE-LIF (2,47 x109 ± 7,13 x107 partículas/mL) proporcionou o alívio completo e duradouro da hipernocicepção térmica e a melhoria da capacidade física dos camundongos. O tratamento com MSC e VE-MSC aliviou completamente a hipernocicepção mecânica, que foi reduzida apenas transitória e parcialmente por MSC-LIF e VE-LIF. O tratamento com MSC e VE-MSC aumentou os níveis de IL-10 e PENK na medula dos camundongos e o seus efeitos antinociceptivos foram reduzidos em camundongos IL-10 KO. O tratamento agudo com SB225002 reverteu completamente antinocicepção mecânica e parcialmente o efeito antinociceptivo térmico das MSC e VE-MSC. Os níveis séricos de CXCL1, ligante de CXCR2, não apresentaram diferença entre os grupos experimentais 14 dias após o tratamento com MSC ou VE-MSC e estavam elevados apenas em animais neuropáticos ao final do tratamento. Em relação à busca de patentes, foram encontradas 150 famílias de patentes protegendo derivados de células-tronco mesenquimais, sendo a maior parte destas dedicada à proteção de vesículas extracelulares e exossomos. Houve um aumento exponencial destas patentes a partir de 2015. A China foi o país com o maior número de patentes aprovadas, seguida pelos Estados Unidos. CONCLUSÃO: O perfil de efeito das células-tronco e vesículas extracelulares foi bastante similar, evidenciando que vesículas extracelulares são capazes de mediar o efeito das células-tronco mesenquimais, mesmo as oriundas de células geneticamente modificadas. Ainda, a melhora tanto de parâmetros nociceptivos, como funcionais, pelo tratamento com MSC e a VE-MSC reforça a proposta de aplicação futura destas terapias para o tratamento da dor neuropática. Apesar da modificação genética de MSC via superexpressão de LIF ter sido deletéria para o efeito antinociceptivo de MSC, este trabalho avançou na compreensão do mecanismo do efeito antinociceptivo das MSC na dor neuropática, o qual envolve o aumento da produção da citocina anti-inflamatória IL-10 é mantido pela ativação de receptores CXCR2. Por fim, a análise de patentes também indicou um interesse crescente na pesquisa e desenvolvimento de produtos de terapia cell-free. Desta forma, este trabalho corrobora o potencial da terapia livre de células com vesículas extracelulares de MSC e sua aplicação na dor neuropática. |
Abstract: | Neuropathic pain is a chronic pain syndrome that affects a significant proportion of the population and has devastating effects on patients' quality of life and work activity. Although there are therapeutic options, most patients benefit little or do not respond to treatment. Therefore, regenerative therapies with mesenchymal stem cells and their derivatives may help to fill this therapeutic gap. AIM: This study aimed to evaluate the therapeutic potential of a human mesenchymal stem cell line (MSC), an MSC-derived line overexpressing the leukemia inhibitory factor (MSC-LIF) and their extracellular vesicles (VE-MSC and VE-LIF) in a model of neuropathic pain. It also aimed to explore the mechanisms underlying MSC’s and VE-MSC’s antinociceptive effects. Additionally, we aimed to perform a patent mapping focusing on MSC’s derivatives. METHODS: MSCs obtained from a biobank were genetically modified to overexpress LIF and characterized by flow cytometry and in vitro cell differentiation assays. The extracellular vesicles were isolated by ultracentrifugation and characterized by transmission electron microscopy, nanoparticle tracking analysis, and Dotblot. Cytokines released by macrophages stimulated in vitro and treated with MSC, EV-MSC, MSC-LIF, or EV-LIF were quantified by ELISA. Using the model of neuropathic pain induced by partial ligation of the sciatic nerve in C57Bl/6 mice, the antinociceptive effect of all treatments was evaluated by Hargreaves and von Frey filaments tests. Gait function was assessed on a treadmill. Knockout mice for interleukin-10 (IL-10 KO) and pharmacological antagonism assays with a selective CXCR2 antagonist (SB225002; 1 mg/kg, i.p.) were used to investigate the mechanisms of action of MSC and EV-MSC. Sections of the spinal cord (L4-L5) and serum from mice were collected for gene expression analysis by RT-qPCR, cytokine and chemokine analysis by ELISA. Additionally, the DWPI database was used to retrieve the patents. RESULTS: Macrophages treated with MSC, EV-MSC, MSC-LIF, or EV-LIF showed reduced levels of TNFα, while IL-10 production was increased, indicating the possible application in sensory neuropathy. A single injection of MSC (1x106), EV-MSC (7.45x109 ± 2.25 x108 particles/mL), MSC-LIF (1x106) and EV-LIF (2.47 x109 ± 7.13 x107 particles/mL) provided complete and long-lasting relief of thermal hypernociception and improvement of gait functional parameters. Treatment with MSC and VE-MSC also completely relieved the mechanical hypernociception associated with neuropathy. Conversely, treatment with MSC-LIF and EV-LIF transiently and partially reduced the mechanical nociceptive behaviors of neuropathic mice. The participation of IL-10 in the therapeutical effect of MSC and EV-MSC was demonstrated since their antinociceptive effect was only partial in IL-10 KO mice compared to wild animals. In addition, IL-10 levels were elevated in the spinal cords of mice 14 days after treatment with MSC and EV-MSC but not at the end of the experimental period, or after treatment with MSC-LIF or VE-LIF. Preproenkephalin gene expression was regulated by MSC and VE-MSC. In addition, acute treatment with SB225002 partially reversed the thermal antinociceptive effect of MSC and EV-MSC, while this antagonist completely reversed mechanical antinociception. However, serum levels of CXCL1, a CXCR2 ligand, did not differ between the experimental groups 14 days after treatment with MSC or EV-MSC and were elevated only in neuropathic animals at the end of treatment. Regarding the patent search, 150 families of patents protecting mesenchymal stem cell’s derivatives were found, most of which were dedicated to the protection of extracellular vesicles and exosomes. There was an exponential increase in these patents from 2015 onwards. China was the country with the highest number of approved patents, followed by the United States. CONCLUSION: The effect profile of stem cells and extracellular vesicles was quite similar, showing that extracellular vesicles can mediate the effect of mesenchymal stem cells, even those from genetically modified cells. In addition, the improvement of both nociceptive and functional parameters by treatment with MSC and EV-MSC reinforces the proposal for future application of these therapies for the treatment of neuropathic pain. Although the genetic modification of MSC via overexpression of LIF has been deleterious to the antinociceptive effect of MSC, this work has advanced the understanding of MSC’s mechanism of action in neuropathic pain, which seems to involve increased production of the anti-inflammatory cytokine IL-10 and to be maintained by the activation of CXCR2 receptors. Finally, the patent analysis also indicated a growing interest in the research and development of cell-free therapy products. Thus, this work corroborates the potential of cell-free therapy with MSC extracellular vesicles and its application in neuropathic pain. |
Palavras-chave: | Dor neuropática Células-tronco mesenquimais Vesículas extracelulares Fator inibidor de leucemia Interleucina-10 CXCR2 |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editora / Evento / Instituição: | Universidade Federal da Bahia |
Sigla da Instituição: | UFBA |
metadata.dc.publisher.department: | Faculdade de Farmácia |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Farmácia (PPGFAR) |
Citação: | OPRETZKA, Luiza Carolina França. Investigação do potencial terapêutico e análise patentária de linhagens de células-tronco mesenquimais e suas vesículas extracelulares para a dor neuropática. 2024. 202 f. Tese (Doutorado em Farmácia) – Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2024. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39473 |
Data do documento: | 29-Fev-2024 |
Aparece nas coleções: | Tese (PPGFAR) |
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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