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© Parc Científic de Barcelona
Modelos de experimentación: OMG
Jornada TOX® Barcelona, 01/02/2013
© Parc Científic de Barcelona
1.- Aspectos básicos
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Definiciones
OMG: cualquier organismo cuyo material genético ha sido modificado
de una manera que no se produce de forma natural en el
apareamiento o en la recombinación natural, siempre que se utilicen
las técnicas que reglamentariamente se establezcan (Ley 9/2003):
Micro y macroinyección y
microencapsulación
Recombinación por vectores
Fusión celular
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Actividad
Tipos de actividades: se agrupan en tres categorías :
Utilización confinada.
Liberación voluntaria.
Comercialización.
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Actividad
Utilización confinada
Cualquier actividad por la que se
modifique el material genético de un
organismo o por la que éste, así
modificado, se cultive, almacene,
emplee, transporte, destruya o elimine,
siempre que en la realización de tales
actividades se utilicen medidas de
confinamiento, con el fin de limitar su
contacto con la población y el medio
ambiente.
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Actividad
Liberación voluntaria
La introducción deliberada en el medio
ambiente de un organismo o
combinación de OMGs sin que hayan
sido adoptadas medidas específicas de
confinamiento, para limitar su contacto
con la población y el medio ambiente y
proporcionar a éstos un elevado nivel
de seguridad.
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Actividad
Comercialización
Todo acto que suponga una entrega a
terceros, a título oneroso o gratuito, de
OMGs o de productos que lo
contengan.
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Riesgo
Tipos de Riesgos: tiene relación con su posible liberación al medio
ambiente:
Sanitarios: resistencia a antibióticos, alergenicidad
Ecológicos: afectación a la biodiversidad, cruzamiento lejano,
contaminación genética
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Variedades
Tipos de OMGs: según el organismo sujeto a modificación:
OMGs y productos agroalimentarios
OMGs y productos farmacéuticos
OMGs y modelos animales
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2.- OMGs y productos agroalimentarios
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Productos agroalimentarios
OMGs conocidos desde siempre
Trigo antiguo: 120 cm, 800 Kg/Ha; trigo moderno: 80 cm, 7.000 Kg/Ha
1983, primera planta transgénica, tabaco, resistente a antibióticos
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Productos agroalimentarios
La generación de una planta
transgénica consta de 2 etapas:
Transformación
Regeneración
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Productos agroalimentarios
Plantas resistentes a insectos: proteína
Bt producida por la bacteria B.
thuringiensis.
Plantas resistentes a herbicidas: gen
que produce resistencia al glifosato.
Plantas con mejor conservación: gen
que alarga el periodo de conservación y
almacenamiento.
Alimentos transgénicos: Maíz resistente
al glufosinato y al “taladro”.
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Productos agroalimentarios
Estimación de la superficie total de variedades OMG en España:
2009: 79.705,96 Ha
2010: 76.574,75 Ha
2011: 97.325,72 Ha
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3.- OMGs y productos farmacéuticos
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Productos farmacéuticos
OMGs conocidos desde siempre
Pan, bebidas alcohólicas, lácteos
1843, primera patente de un organismo
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Productos farmacéuticos
La generación de un microorganismo transgénico
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Productos farmacéuticos
Investigación básica: modelo experimental
Biofactorías: producción de proteínas,
vacunas, hormonas,..
Alimentación: producción de aminoácidos,
enzimas, aditivos
Biorremediación: degradadores
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Productos farmacéuticos
Vacunas de uso humano: hepatitis A y B, meningitis B, influenza,
enfermedad de Lyme, cólera, tos ferina, gripe.
Vacunas de uso animal: Aujeszky, PRRS (porcino), Newcastle (aviar)
Hormonas: Ins, GF, hCG, LH, FSH, glucagon, calcitonina, tirotrofina
Citoquinas: IL1, 2 y 10, IFNα, β y γ
Pro/anti coagulantes: factores VIIa, VIII i IX; hirudina, FAPT
Hematopoyéticos: eritropoyetina, G-CSF, GM-CSF
Enzimas: alfa-1-antitripsina
Anticuerpos recombinantes: anti IgE, anti TNF, anti IL2
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4.- OMGs y modelos animales
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Animales
OMGs conocidos desde siempre
Producción de leche: de <1.000 a 11.000 Kg/lact..
1996, primera clonación de mamíferos
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Microinyección pronuclear
Gene targeting en células ES
Mutagénesis inducida
Animales
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Animales
Biomateriales: gusano de seda
I+D básica: modelos de patologías
Terapéuticos: productores de leche con
proteínas de interés terapéutico
Alimentación: salmones transgénicos
Transplantes: válvulas cardíacas, piel,
islotes pancreáticos
Comercialización: mascotas modificadas
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Modelos: diabetes
Investigación en diabetes: 230 modelos publicados
Tipo I, IDDM:
Físicos: ablación quirúrgica de pancreas
Químicos: STZ
Biológicos: BB rat, KDP rat, NOD mice, autoinmune
Tipo II, NIDDM:
Físicos:
Químicos: ALO, STZ+NA
Biológicos: HFD, HKD, GK rat, Zucker rat, ob/ob mice, db/db mice
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Modelos: oncología
Oncología
Crecimiento tumoral
Metabolismo tumoral
Angiogénesis tumoral
Inoculation of C17.2 LacZ-luc stem
cells in the LH of the brain.
Que et al, LUMC, Leiden, Netherlands
Experimental bone metastasis model: ic injection
of PC-3M-luc
Confirmation of bioluminescence &
micrometastasis: sc injection of PC-3M-luc
Monitoring drug treatment and relapse in vivo: PC-3M-luc-C6 orthotopic prostate model
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Figure 1. Imaging approaches of the two
assessed techniques. From left to right:
macroscopic,
surgical,
histopathological
molecular
Subcapsular space of kidney
Day 0 Day 2 Day 10 Day 18
CV
S
H
SH
+ Q
Figure 2. 3-week period molecular imaging
from xenografted mice. Three different sort of
tumours cells (CV, SH, and SH+Q) were
injected within the subperitoneal layer at the
inner wall of the abdomen.
Figure 3. Upper left panel: tumours removed from xenografted
mice. Three different sort of tumours cells (CV, SH, and SH+Q)
were injected within the subperitoneal layer at the inner wall of the
abdomen.
H/E
CV d.a.a.
SH SH + Q
Upper right panel: kinetics
of the tumour growth during
the 3-weeks period.
Lower panel: histopatholog.
studies of the tumours.
Subperitoneal space at the inner wall of the abdomen
Modelos: oncología
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Modelos: cardiovascular
Investigación en cardiovascular
Procedimientos quirúrgicos
Estenosis aórtica
Oclusión coronaria LAD
Administración de fármacos u otras substancias
Ateroesclerosis: HCD
HAE: angiotensina II
Selección de mutaciones espontaneas
Alteraciones genéticas dirigidas
APOE-tg
Modelos:
Células aisladas y cultivos celulares
Preparaciones en baños de órganos y tejidos
Sistema de Langendorff
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Modelos: cardiovascular
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Modelos: obesidad
Investigación en obesidad:
Genética:
Monogénica: fat, ob/ob, db/db, tubby, agouty, mahagony rat and mice
Poligénica: NZO, KK/Ay, du6, F, TSOD mice
Modificada genéticamente:
UCP-1, -2, -3, -4 Kos mice
Lept-r mice
Inducida por dieta
HFD, HCD
Cafeteria diet
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Modelos: neurodegeneración
Investigación en neurodegeneración:
Envejecimiento: natural o acelerado (SAM)
Parkinson: MPTP / Ác. Kaínico / 6OH-Dopamina
Isquemia: Quirúrgica o Tratamiento con Endotelina-1
Alzheimer: APPSWE / APPSWE-tau, Tau, APOE4 mice
Esclerosis lateral amiotrófica (ELA): SOD1
Bruker Medical and C. Ferris, K.Lahti, D. Olson, & J. King.Psychiat. Dept, Univ. Massachusetts, Worcester, Mass. USA
Epilepsia en rata Isquemia cerebral: daño en córtex
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Modelos: IBD
Investigación en IBD: enfermedad de Crohn y colitis ulcerativa
Afectación de la integridad del epitelio
Colitis inducida por DSS / TNBS / oxazolona
DN N-cadherin transgenic mice/keratin 8−/− mice
Multiple drug resistant (MDR1) gene deficient mice
IKK-γ (NEMO)/IKKαβ deficiency in intestinal epithelial cells
SAMP1/YitFc (SAM-P) mice
Respuesta inmune innata alterada
STAT3 deficiency in myeloid cells
A20 deficient mice
Respuesta inmune adaptativa alterada
Químic: ALO, STZ+NA
TNFΔARE MICE
CD45RBHi transfer model
STAT4 transgenic mice
IL-10/CRF2-4 deficient mice
TCRα chain−/− mice
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Modelos: respiratory disease
Evaluación toxicidad por vía respiratoria, asma, EPOC, tabaquismo,…
inExpose, Scireq, Canada, 2008
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Malaria parasite migration in mosquito
S. Yoshida, Dept. Infection and
Immunity, Saimata, Japan
Aplicaciones
Biodistribución
Time-delayed fluorescence with optycal
nanopaticles.
Le Masne de Chermont et al, PNAS (2007) May
Modelos: ADME
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Figure 1. Short-term hydrogel degradation time-
course.
Non-attached DDS1 DDS2 Non-attached DDS1 DDS2
0
0,1
1
2
4
6
8
24
Figure 2. Long-term hydrogel degradation time-
course. Non-attached DDS1 DDS2 Non-attached DDS1 DDS2
0
1
2
4
7
9
11
14
Figure 3. Analysis of hydrogel
degradation. The fluorescent
probe alone was non-
accountable in 4 days. When
assessing both delivery systems,
the complete degradation period
was longer for DDS1 (14 days, in
B, left panel), than for DDS2 (4
days, in B, right panel).
A B
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0 24 48 72 96 120
144
168
192
216
240
264
288
312
336
360
384
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Biodegradation of PolyDGlu(Cys)0.12--DyLight800 (4 days)
F
luo
resce
nce
co
un
ts
Time (h)
Biodegradation of non-attached DyLight800 (4 days)
4 days
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0 24 48 72 96 120
144
168
192
216
240
264
288
312
336
360
384
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
11 days
9 days
7 days
14 days
Biodegradation of non-attached DyLight800 (4 days)
4 days
Biodegradation of system1 (14 days)
F
luo
rescen
ce
co
un
ts
Time (h)
Modelos: Drug Delivery
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1900s •Local anesthetics (D, Rb)
•Corneal transplant (Rb)
1910s •Blood transfusion (D, Rb, GP)
1920s •Insulin (D, Rb, M)
•Distemper vaccine (D)
1930s •Modern anest. (M, D, C, Rb, r)
•Diphteria vaccine (Mk, Rb,GP)
•Anticoagulants (D, Rb, GP, M)
1940s •Renal dialysis (Mk, G, Rb, GP)
•Antibiotics (M)
•Whooping cough vacc. (Rb, M)
•Artificial lung (D)
1950s •Hip trasplant (S, D)
•Kidney trasplant (D)
•Cardiac pacemaker (D)
•Polio vacc. (Mk, M)
•Hypertension pharmacs (D, C, r, M)
•Heart valves transplant (Cw, D, Rb, GP)
1960s •Measles vacc. (Mk)
•Coronary by-pass (D)
•Mental diseases pharm. (Rb, GP, r)
•Heart transplant (D)
1980s •Neonatal vital suport (Mk)
•Antireject pharm. (Mk, D, Rb, M)
•Hepatitis vacc. (Mk)
•Antiviral pharm. (Mk, Rb, GP, r, M)
1970s •CT diagnosis (Ck)
•Chemotherapy (M)
•Antiulcerant pharm. (D, r)
•Inhalant asthma therapy (Rb, GP)
1990s •Meningitis vacc. (M)
•Antidepression pharm. (r)
•AIDS therapies (Mk, M)
•Breast/prostate cancer ther. (D, r, M)
2000s •Leukaemia/Lymphoma ther. (Mk, M)
•Alzheimer vacc. (M)
•Malaria vacc. (Mk, M)
•Gene therapies (M)
Avances en biomedicina
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E-mail: [email protected]
Phone: +34 934 037 008
Fax: +34 934 034 766
Web: www.pcb.ub.es/sea-pcb
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Animal Research Saves Lives