organismos modificados geneticamente (x. cañas)

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Modelos de experimentación: OMG

Jornada TOX® Barcelona, 01/02/2013

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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: praal-pcb@pcb.ub.cat

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