Cell therapy for SCI

Scientists Develop Low-Cost Device to Make Cell Therapy Treatments for SCI Safer

A tiny new device could improve the safety and effectiveness of SCI cell therapy treatments.

In cell therapy, scientists create what are called “induced pluripotent stem cells” by reprogramming someone’s skin or blood cells. To treat a spinal cord injury, they coax these pluripotent stem cells to become “progenitor cells,” which will eventually become spinal cord cells.

These progenitors are then transplanted back into the patient, where they can regenerate part of the injured spinal cord. However, pluripotent stem cells that don’t fully change into progenitors can form cancerous tumors.

A team of scientists at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and the Singapore-MIT Alliance for Research and Technology developed a sorting device that can remove about half of the undifferentiated cells — those that can potentially become tumors — in a batch, without causing any damage to the fully-formed progenitor cells.

The device can sort more than 3 million cells per minute. In addition, the researchers have shown that chaining many devices together can sort more than 500 million cells per minute, making this a more viable method to someday improve the safety of cell therapy treatments.

Plus, the plastic chip that contains the sorting device can be mass-produced in a factory at very low cost.

“Even if you have a life-saving cell therapy that is doing wonders for patients, if you cannot manufacture it cost-effectively, reliably, and safely, then its impact might be limited. Our team is passionate about that problem — we want to make these therapies more reliable and easily accessible,” says MIT professor Jongyoon Han.

Reducing Risk

The cancer risk posed by undifferentiated induced pluripotent stem cells remains one of the most pressing challenges in this type of cell therapy. “Even if you have a very small population of cells that are not fully differentiated, they could still turn into cancer-like cells,” Han says.

Clinicians and researchers often seek to identify and remove these cells by looking for certain markers on their surfaces, but so far researchers haven’t been able to find a suitable marker. Other methods use chemicals to selectively destroy these cells, but this also can harm the differentiated cells.

The team discovered that pluripotent stem cells tend to be larger than the progenitors derived from them, and the device uses this size difference to sort the cells.

How the Device Works

Microfluidic channels in the quarter-sized plastic chip form an inlet, a spiral, and four outlets that output cells of different sizes. As the cells are forced through the spiral at very high speeds, the cells are focused in a certain location in the fluid stream. This focusing point depends on the size of the cells, effectively sorting them through separate outlets.

The researchers found they could improve the sorter’s operation by running it twice, first at a lower speed so larger cells stick to the walls and smaller cells are sorted out, then at a higher speed to sort out larger cells.

In a sense, the device operates like a centrifuge, except the microfluidic sorter doesn’t require human intervention to pick out sorted cells.

The researchers showed that their device could remove about 50% of the larger cells with one pass. They confirmed that the larger cells they removed were, in fact, associated with higher tumor risk.

“While we can’t remove 100% of these cells, we still believe this is going to reduce the risk significantly. Hopefully, the original cell type is good enough that we don’t have too many undifferentiated cells. Then this process could make these cells even safer,” Han says.

The low-cost microfluidic sorter, which can be produced at scale with standard manufacturing techniques, doesn’t use filters than can become clogged or break down.

Now that they have shown success at a small scale, the researchers are embarking on larger studies and animal models to see if the purified cells function better in vivo.

Nondifferentiated cells can become tumors, but they can have other random effects in the body, so removing more of these cells could boost the efficacy of cell therapies, as well as improve safety.

“If we can convincingly demonstrate these benefits in vivo, the future might hold even more exciting applications for this technique,” Han says.

See this page for more exciting scientific breakthroughs in treating spinal cord injuries!

Source: Massachusetts Institute of Technology

𝐋𝐨𝐬 𝐂𝐢𝐞𝐧𝐭í𝐟𝐢𝐜𝐨𝐬 𝐃𝐞𝐬𝐚𝐫𝐫𝐨𝐥𝐥𝐚𝐧 𝐮𝐧 𝐃𝐢𝐬𝐩𝐨𝐬𝐢𝐭𝐢𝐯𝐨 𝐝𝐞 𝐁𝐚𝐣𝐨 𝐂𝐨𝐬𝐭𝐨 𝐏𝐚𝐫𝐚 𝐇𝐚𝐜𝐞𝐫 𝐐𝐮𝐞 𝐥𝐨𝐬 𝐓𝐫𝐚𝐭𝐚𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨𝐬 𝐝𝐞 𝐓𝐞𝐫𝐚𝐩𝐢𝐚 𝐂𝐞𝐥𝐮𝐥𝐚𝐫 𝐏𝐚𝐫𝐚 𝐋𝐚𝐬 𝐋𝐞𝐬𝐢𝐨𝐧𝐞𝐬 𝐌𝐞𝐝𝐮𝐥𝐚𝐫𝐞𝐬 𝐒𝐞𝐚𝐧 𝐌á𝐬 𝐒𝐞𝐠𝐮𝐫𝐨𝐬

Un pequeño dispositivo nuevo podría mejorar la seguridad y eficacia de los tratamientos de terapia celular para personas con lesiones de la médula espinal.

En la terapia celular, los científicos crean lo que se llama “células madre pluripotentes inducidas” reprogramando la piel o las células sanguíneas de una persona. Para tratar una lesión de la médula espinal, convencen a estas células madre pluripotentes para que se conviertan en “células progenitoras”, que eventualmente se convertirán en células de la médula espinal.

Estos progenitores luego se trasplantan nuevamente al paciente, donde pueden regenerar parte de la médula espinal lesionada. Sin embargo, las células madre pluripotentes que no se convierten completamente en progenitoras pueden formar tumores cancerosos.

Un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología desarrollaron un dispositivo de clasificación que puede eliminar aproximadamente la mitad de las células indiferenciadas (aquellas que potencialmente pueden convertirse en tumores) en un lote, sin causar cualquier daño a las células progenitoras completamente formadas.

El dispositivo puede clasificar más de 3 millones de células por minuto. Además, los investigadores han demostrado que encadenar muchos dispositivos puede clasificar más de 500 millones de células por minuto, lo que lo convierte en un método más viable para mejorar algún día la seguridad de los tratamientos de terapia celular.

Además, el chip de plástico que contiene el dispositivo de clasificación se puede producir en masa en una fábrica a un coste muy bajo.

“Incluso si se cuenta con una terapia celular que salva vidas y que hace maravillas en los pacientes, si no se puede fabricar de manera rentable, confiable y segura, entonces su impacto podría ser limitado. Nuestro equipo siente pasión por ese problema: queremos que estas terapias sean más confiables y fácilmente accesibles”, dice el profesor del MIT Jongyoon Han.

Reducir el Riesgo

El riesgo de cáncer que plantean las células madre pluripotentes inducidas indiferenciadas sigue siendo uno de los desafíos más apremiantes en este tipo de terapia celular. “Incluso si tienes una población muy pequeña de células que no están completamente diferenciadas, aún podrían convertirse en células similares al cáncer”, dice Han.

Los médicos y los investigadores a menudo intentan identificar y eliminar estas células buscando ciertos marcadores en sus superficies, pero hasta ahora los investigadores no han podido encontrar un marcador adecuado. Otros métodos utilizan productos químicos para destruir selectivamente estas células, pero esto también puede dañar las células diferenciadas.

El equipo descubrió que las células madre pluripotentes tienden a ser más grandes que los progenitores derivados de ellas, y el dispositivo utiliza esta diferencia de tamaño para clasificar las células.

Cómo Funciona el Dispositivo

Los canales de microfluidos en el chip de plástico del tamaño de una moneda de un cuarto forman una entrada, una espiral y cuatro salidas que dan salida a células de diferentes tamaños. A medida que las células son forzadas a través de la espiral a velocidades muy altas, las células se concentran en un lugar determinado en la corriente de fluido. Este punto de enfoque depende del tamaño de las celdas, clasificándolas efectivamente a través de salidas separadas.

Los investigadores descubrieron que podían mejorar el funcionamiento del clasificador ejecutándolo dos veces, primero a menor velocidad para que las células más grandes se adhieran a las paredes y las más pequeñas sean clasificadas, y luego a mayor velocidad para clasificar las células más grandes.

En cierto sentido, el dispositivo funciona como una centrífuga, excepto que el clasificador de microfluidos no requiere intervención humana para seleccionar las células clasificadas.

Los investigadores demostraron que su dispositivo podía eliminar aproximadamente el 50% de las células más grandes con una sola pasada. Confirmaron que las células más grandes que extirparon estaban, de hecho, asociadas con un mayor riesgo de tumor.

“Si bien no podemos eliminar el 100% de estas células, todavía creemos que esto reducirá significativamente el riesgo. Con suerte, el tipo de célula original es lo suficientemente bueno como para que no tengamos demasiadas células indiferenciadas. Entonces este proceso podría hacer que estas células sean aún más seguras”, afirma Han.

El clasificador de microfluidos de bajo costo, que puede producirse a escala con técnicas de fabricación estándar, no utiliza filtros que puedan obstruirse o estropearse.

Ahora que han demostrado éxito a pequeña escala, los investigadores se están embarcando en estudios más amplios y modelos animales para ver si las células purificadas funcionan mejor in vivo.

Las células no diferenciadas pueden convertirse en tumores, pero pueden tener otros efectos aleatorios en el cuerpo, por lo que eliminar más de estas células podría aumentar la eficacia de las terapias celulares, así como mejorar la seguridad.

“Si podemos demostrar de manera convincente estos beneficios in vivo, el futuro podría deparar aplicaciones aún más interesantes para esta técnica”, afirma Han.

¡Consulte esta página para conocer más avances científicos interesantes en el tratamiento de lesiones de la médula espinal!

Fuente: Instituto de Tecnología de Massachusetts

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