Patient-Specific Stem Cells: Major Step Toward Cell-Based Therapies for Life-Threatening Diseases

ScienceDaily (Oct. 6, 2011) — A team of scientists led by Dieter Egli and Scott Noggle at The New York Stem Cell Foundation (NYSCF) Laboratory in New York City has made an important advance in the development of patient-specific stem cells that could impact the study and treatment of diseases such as diabetes, Parkinson's, and Alzheimer's.

For the first time, scientists have derived embryonic stem cells from individual patients by adding the nuclei of adult skin cells from patients with type 1 diabetes to unfertilized donor oocytes

As reported in the journal Nature, for the first time the scientists have derived embryonic stem cells from individual patients by adding the nuclei of adult skin cells from patients with type 1 diabetes to unfertilized donor oocytes.

The achievement is significant because such patient-specific cells potentially can be transplanted to replace damaged or diseased cells in persons with diabetes and other diseases without rejection by the patient's immune system. The scientists report further work is necessary before such cells can be used in cell-replacement medicine.

The research was conducted in The NYSCF Laboratory in Manhattan in collaboration with clinicians and researchers at Columbia University Medical Center. DNA analysis was provided by scientists at the University of California, San Diego.

"The specialized cells of the adult human body have an insufficient ability to regenerate missing or damaged cells caused by many diseases and injuries," said Dr. Egli, NYSCF senior scientist in the study. "But if we can reprogram cells to a pluripotent state, they can give rise to the very cell types affected by disease, providing great potential to effectively treat and even cure these diseases. In this three-year study, we successfully reprogrammed skin cells to the pluripotent state. Our hope is that we can eventually overcome the remaining hurdles and use patient-specific stem cells to treat and cure people who have diabetes and other diseases."

"The ultimate goal of this study is to save and enhance lives by finding better treatments and eventually cures for diabetes, Alzheimer's, Parkinson's and other debilitating diseases and injuries affecting millions of people across the US and the globe," said NYSCF CEO Susan L. Solomon. "This research brings us an important step closer to creating new healthy cells for patients to replace their cells that are damaged or lost through injury."

The scientists demonstrate for the first time that the transfer of the nucleus from an adult skin cell of a patient into an oocyte without removing the oocyte nucleus results in reprogramming of the adult nucleus to the pluripotent state. Embryonic stem cell lines were then derived from the oocyte containing the patient's genetic material.

Since these pluripotent stem cells also have a copy of the chromosome from the oocyte, resulting in an abnormal number of chromosomes, these cells are not ready for therapeutic use. Future work will focus on understanding the role of the oocyte chromosome so that patient- specific stem cells can be made that contain only the patient's DNA.

In the study, skin cells from patients with type 1 diabetes and healthy patients (control group) were reprogrammed, allowing the derivation of pluripotent stem cells, cells that have the capacity for universal tissue production. Such cells potentially could be used to create beta cells that produce insulin.

Patients with type 1 diabetes lack insulin-producing beta cells, resulting in insulin deficiency and high blood sugar levels. Producing beta cells from stem cells for transplantation holds promise for the treatment and potential cure of type 1 diabetes.

"This is an important step toward generating stem cells for disease modeling and drug discovery, as well as for ultimately creating patient-specific cell-replacement therapies for people with diabetes or other degenerative diseases or injuries," said Rudolph L. Leibel, MD, co-director of Columbia's Naomi Berrie Diabetes Center and a collaborator in the study.

The study raises the possibility of using somatic cell reprogramming to create banks of stem cells that could be used for a wide range of patients, noted another collaborator, Robin Goland, MD, co-director of the Naomi Berrie Diabetes Center. "In theory, stem cell lines could be matched to a particular patient, much as we do now when we screen an individual for compatibility with a kidney transplant," she said.

"This project is a great example of how enormous strides can be achieved when investigators in basic science and clinical medicine collaborate," said Mark V. Sauer, MD, a coauthor of the paper and Vice Chairman of the Department of Obstetrics and Gynecology and chief of reproductive endocrinology at Columbia University Medical Center. Dr. Sauer is also program director of assisted reproduction at the Center for Women's Reproductive Care. "I feel fortunate to have been able to participate in this important project."

Zach W. Hall, PhD, former Director of the NIH's National Institute of Neurological Disorders and Stroke and former President of the California Institute for Regenerative Medicine said, "This work represents a major advance toward the production of patient-specific stem cells for therapeutic use by demonstrating that the nucleated oocyte has the ability to completely reprogram the nucleus of an adult human cell."

The study was funded solely with private funding and adhered to ethical guidelines adopted by the American Society for Reproductive Medicine and the International Society for Stem Cell Research, as well as protocols reviewed and approved by the institutional review board and stem cell committees of Columbia University.

10 maneiras de tomar melhores decisões sobre o câncer

Decisões sobre o câncer

Conversar com os médicos sobre ocâncer e os tratamentos para câncer podem fazer as pessoas se sentirem como estivessem aprendendo uma nova língua.

E, na grande maioria das vezes, as pessoas que se defrontam com diagnósticos de câncer precisam de ajuda especializada para entender suas opções de tratamento e os riscos e benefícios de cada escolha.

"As pessoas estão tomando decisões de vida e morte, que podem afetar sua sobrevivência, e elas precisam saber mais sobre os caminhos que estão tomando. Tratamentos e exames ligados ao câncer podem ser sérios.

• Os médicos não podem decidir sozinhos

"Os pacientes precisam saber que tipo de efeitos colaterais podem ocorrer como resultado do tratamento que vão adotar," afirma Angela Fagerlin, da Universidade de Michigan (EUA).

Aprendendo a conversar

Os pacientes podem perguntar. O problema é que nem todos os médicos estão prontos ou dispostos a responder, ou sequer receberam o treinamento para isso.

Para esses casos, Fagerlin e seus colegas elaboraram 10 coisas que os profissionais de saúde podem fazer para melhorar a forma como comunicam informações sobre o câncer e sobre os riscos dos tratamentos para os pacientes.

Aqui, eles explicam como os pacientes podem explorar estas melhores práticas para se tornarem fluentes na língua dos tratamentos do câncer e compreender melhor suas opções.

1. Insista em uma linguagem simples

Se você não entender algo que seu médico diz, peça-lhe para explicar melhor.

"Os médicos não sabem quando os pacientes não os compreendem. Eles querem que os pacientes os interrompam e façam perguntas," diz Fagerlin.

2. Concentre-se no risco absoluto

A estatística mais importante a considerar é a possibilidade de que algo aconteça com você.

"É importante que os pacientes e os médicos saibam como conversar sobre esses números, e os pacientes precisam ter a coragem de pedir ao médico para apresentá-los para que eles possam entender", diz Fagerlin.

Frequentemente o efeito dos tratamentos do câncer é descrito usando uma linguagem como "esse medicamento vai cortar seu risco pela metade."

Mas tais afirmações de risco relativo não dizem nada sobre qual é a probabilidade de que algo aconteça.

Pesquisas mostram que o uso de dados sobre riscos relativos tornam pacientes e médicos mais propensos a favorecer um tratamento, porque eles acreditam que será mais benéfico do que o tratamento realmente pode ser, criando falsas expectativas e frustrações futuras.

Se o médico disser que seu risco será reduzido pela metade, a maioria dos pacientes imediatamente concorda com o tratamento. Mas a resposta pode ser bem outra se o médico disser que seu risco passará de 1% para 0,5%.

3. Visualize seu risco

Em vez de apenas pensar em percentuais, tente desenhar 100 caixas e colorir cada caixa para cada ponto percentual de risco. Assim, se o risco de um efeito colateral é de 10 por cento, você terá de colorir 10 caixas.

Este tipo de representação visual, chamada de pictograma, pode ajudar as pessoas a compreender o significado por trás dos números.

4. Considere o risco como uma frequência, não como porcentagem

O que significa dizer que 60% dos homens que fazem uma prostatectomia radical têm impotência?

Imagine uma sala cheia de 100 pessoas: 60 delas terão este efeito colateral e 40 não.

Pensar nos riscos em termos de grupos de pessoas pode ajudar a tornar as estatísticas mais fáceis de entender.

5. Concentre-se no risco adicional

Você pode ouvir que o risco de ocorrência de um certo efeito colateral é de 7%.

Mas se você não tomar o medicamento, há uma chance de que ocorra o que com você?

Pergunte qual é o risco adicional ou incremental de um tratamento. "Você precisa se certificar de que o número de risco que está sendo apresentado é o risco devido ao tratamento, e não um risco que você iria enfrentar não importa o quê," diz Fagerlin.

6. A ordem das informações importa

Estudos têm demonstrado que as pessoas tendem a concordar com a última coisa que ouviram. É por isso que os políticos brigam para ser os últimos a discursar.

Ao tomar uma decisão de tratamento, não se esqueça de considerar todas as informações e estatísticas que você aprendeu, e não apenas as últimas.

7. Anote tudo

Você pode se deparar com um monte de informações.

No final da discussão, peça ao seu médico um resumo escrito sobre os riscos e benefícios disponíveis.

Ou peça ao seu médico para ajudá-lo a resumir todas as informações por escrito.

8. Não fique preso a médias

Alguns estudos descobriram que saber o risco médio de uma doença não ajuda os pacientes a tomar boas decisões sobre o que é melhor para eles.

O seu risco é o que importa - e não o risco de qualquer outra pessoa ou a média da população, que envolve pessoas com padrões completamente diferentes dos seus.

Concentre-se na informação que se aplica especificamente a você.

9. Menos pode ser mais

Não fique sobrecarregado por excesso de informação.

Em alguns casos, pode haver muitas opções diferentes de tratamento, mas apenas algumas delas podem ser relevantes para você.

Peça ao seu médico para reduzir as opções àquelas disponíveis e aplicáveis e apenas discuta com você as opções e os fatos mais relevantes para você.

10. Considere o risco ao longo do tempo

Seu risco pode mudar ao longo do tempo.

"O que parece ser um pequeno risco para o próximo ano ou dois, pode parecer muito maior quando considerado ao longo do seu tempo de vida," diz Brian Zikmund-Fisher, coautor do estudo.

Se lhe for falado sobre o risco de seu câncer retornar em cinco anos após um determinado tratamento, pergunte o risco de 10 anos ou 20 anos.

Em alguns casos, esses dados podem não estar disponíveis, mas sempre esteja ciente dos prazos envolvidos.

Mudanças epigenéticas no DNA não duram para sempre

Era do DNA

O primeiro inventário abrangente das mudanças epigenéticas ao longo de várias gerações sugere que estas alterações muitas vezes não duram e, portanto, podem ter efeitos limitados sobre a evolução a longo prazo.

Jean-Baptiste Lamarck teria ficado encantado: os geneticistas não mais descartam sua teoria de que as características adquiridas por um indivíduo - como hábitos alimentares, a educação e até os sentimentos - podem ser transmitidas à descendência.

Quando Darwin publicou seu livro sobre a evolução,A Origem das Espécies, a teoria de Lamarck da transformação foi para o monte de cinzas da história, onde ficou injustiçada por quase 150 anos.

Entramos então na era do DNA, onde as moléculas determinam tudo, das doenças ao seu jeito de ser, como se o ser humano fosse uma derivação do seu corpo.

Mas, na última década, os cientistas reconheceram que o ambiente pode deixar vestígios nos genomas dos animais e das plantas, na forma das chamadas modificações epigenéticas.

Hoje já se sabe que a herança não-genética pode ser mais frequente que a herança pelo DNA, já se conhecem os mecanismos de transmissão da informação epigenética e já se documentou até mesmo que a memória epigenética pode ser herdada sem alterar o DNA.

Importância da epigenética

O que torna a epigenética interessante para a saúde humana é o fato de que algumas mudanças epigenéticas podem ser desencadeadas por fatores externos.

Há evidências de que a nutrição, ou a falta dela, ou o vínculo entre as crianças e seus pais podem deixar marcas no genoma que podem ser passadas à geração seguinte.

A estabilidade limitada dessas mutações implica, no entanto, que essas diferenças não necessariamente duram para sempre.

Isto provavelmente é mais uma sábia lição da natureza, porque a fome ou os maus tratos de um pai, por exemplo, não podem ficar marcados para sempre na descendência, o mesmo ocorrendo com a maioria dos demais estímulos ambientais.

Por outro lado, os resultados mostram que, se não duram, as mudanças epigenéticas podem surgir quase espontaneamente, sem mudanças drásticas no ambiente.

Ou seja, a já velha frase de que "tudo está gravado no seu DNA" precisa ser lida com muito cuidado.

Mudanças epigenéticas

Cientistas do Instituto Max Planck de Biologia do Desenvolvimento, na Alemanha, produziram o primeiro inventário completo de mudanças epigenéticas espontâneas.

Usando a Arabidopsis, a plantinha preferida dos geneticistas, os pesquisadores determinaram a frequência e onde no genoma as modificações epigenéticas ocorrem - e quando elas desaparecem novamente, depois que o estímulo ambiental desapareceu.

Eles confirmaram que as mudanças epigenéticas são muitas ordens de magnitude mais frequentes do que as mutações no DNA convencional.

Mas eles também descobriram que, não sempre, mas na maioria das vezes, essas mudanças no genoma induzidas por questões do ambiente são de curta duração.

Dessa forma, concluem eles, quando falamos de evolução das espécies, ao longo de milhões de anos, provavelmente as mutações epigenéticas têm um papel menor em relação às modificações genéticas.

Epimutações

Cada uma das linhagens da planta estudada apresentou cerca de 30.000 epimutações, contra apenas 30 mutações no DNA.

Com 30.000 epimutações após 30 gerações, os geneticistas esperavam que 1.000 epimutações ocorressem em cada geração.

Quando eles compararam diretamente pais e seus descendentes imediatos, contudo, eles ficaram surpresos ao descobrir que a taxa de epimutação foi de 3 a 4 vezes maior.

Ou seja, um pai passa uma quantidade enorme de epimutações para os filhos, mas essas epimutações vão desaparecer ao longo do tempo - é por isso que foram detectadas "só" 30.000 epimutações depois das 30 gerações.

Os cientistas concluíram que muitas epimutações aparentemente não são estáveis, e retornam ao seu estado original depois de algumas gerações, o que invalida cálculos sobre a mutação média ao longo de muitas gerações.

Assim, cada nova epimutação deve gerar uma forte vantagem evolutiva para que ela possa se estabelecer, antes de ser perdida novamente.

Nanotecnologia pode reduzir problemas dos implantes de silicone

Riscos dos implantes de silicone

Nenhum dispositivo médico tem índice tão elevado de falhas quanto os implantes para os seios.

Embora nenhum dispositivo médico seja 100% seguro, há uma taxa extraordinariamente elevada de complicações atribuídas a esses implantes de silicone - entre 20 e 30%.

Além das cirurgias estéticas, cerca de 75% das mulheres mastectomizadas optam pela reconstrução dos seios. E o único material disponível hoje é a borracha de silicone.

Preocupada com isto, a Dra. Judit Puskas, da Universidade de Akron (EUA), decidiu buscar na nanotecnologia uma nova esperança para essas mulheres.

Nanotecnologia amiga do peito

A Dra. Judit rastreou toda a literatura científica em busca de inovações na criação de novos materiais que está sendo conduzida pela nanotecnologia.

Seu foco foi em materiais biologicamente compatíveis, passíveis de serem pesquisados com vistas à substituição dos implantes de silicone.

A nanotecnologia desenvolve novos materiais "de baixo para cima", ou seja, a partir de seus constituintes moleculares.

Esses materiais têm propriedades e características diferentes dos chamados "materiais brutos", sintetizados em larga escala, sem atuação direta nas partículas que os formam.

Reduzindo o tamanho dessas partículas, ou seja, dos elementos fundamentais que constituem os materiais, é possível obter propriedades não encontradas em materiais já conhecidos.

Materiais ativos

Com base no conhecimento gerado por outras áreas, a Dra. Judit e seus colegas estão agora desenvolvendo um novo material nanoestruturado que poderá ser uma alternativa mais segura do que o silicone, minimizando as complicações.

Trata-se de um elastômero termoplástico reforçado com nanopartículas de carbono, embora a composição final ainda não esteja definida.

O novo material, segundo o grupo, será capaz de liberar medicamentos localmente, de forma a melhorar a eficácia dos implantes e reduzir o risco de complicações, além de poderem eventualmente ser utilizados para liberar drogas durante os tratamentos quimioterápicos.

"Nós esperamos que esta pesquisa contribua para um melhor entendimento dessa questão tão controversa, e motive os cientistas dos materiais e os médicos a trabalharem juntos para desenvolver alternativas baseadas nas novas nanotecnologias para as mulheres que optam por dispositivos feitos de materiais sintéticos," conclui a pesquisadora.

How Chronic Stress Short-Circuits Parenting

ScienceDaily (Oct. 5, 2011) — In the best of circumstances, raising a toddler is a daunting undertaking. But parents under long-term stress often find it particularly challenging to tap into the patience, responsiveness, and energy required for effective child rearing.

Chronic strains disrupt mothers' stress response. The study showed that mothers with higher depressive symptoms exhibited overactive stress responses, the "hyperarousal" pattern shown in red, while moms who struggled with poverty had underactive responses, the "hypoarousal" patter shown in blue. Each extreme was associated with distinct types of problematic parenting, from neglect and hostility to insensitivity.

Now research from a University of Rochester team helps to explain why chronic stress and parenting are such a toxic mix. The study finds that ongoing strains, like poverty or depression, disrupt the body's natural stress response, making mothers more likely to engage in a host of problematic parenting behaviors, including neglect, hostility, and insensitivity.

"Stress gets under your skin," explains Melissa Sturge-Apple, assistant professor of psychology at the University of Rochester and lead author on the Development and Psychopathology paper to be published in October. "It literally changes the way a mother's body responds to the normal demands of small children and those changes make it much harder to parent positively."

Although the effects of stress have been well documented in children and linked to a variety of diseases in adults, this is one of the first studies to look specifically at stress and parenting, according to the researchers. The findings point to the corrosive effects of poverty or depression on an individual's physiology and help to explain why people feel and act the way they do when faced with ongoing psychological or economic pressure, she says.

"Stress is not just in our heads, it's in our bodies," says Sturge-Apple.

This is also the first study to measure physiological stress response in real time, says Fred Rogosch, research director at the University of Rochester's Mt. Hope Family Center and a fellow author on the paper. Participants' reactions were captured using a novel wireless electrocardiograph (ECG) monitor developed for the study by University of Rochester engineers Zeljko Ignjatovic and Wendi Heinzelman. The unobtrusive device allowed the team to analyze subtle changes in participants' heart rhythms as they were happening, providing a non-behavioral window into how the study moms were reacting. Other methods, such as measuring the stress hormone cortisol, require a 20-minute delay and are not nearly as precise, explains Rogosch.

The new monitor could become an important tool for measuring stress outside of the lab, the authors write. For example, it could be used in clinical settings as a kind of emotional biofeedback monitor, giving therapists a way to quantitatively gage which therapies work best for alleviating negative emotions, according to the researchers.

In the study, the researchers observed 153 mothers and their 17-to-19-month-old children in individual two-hour sessions. Using the wireless ECG monitor, each mother's stress response was measured during a mildly distressing situation in which her child was left with a stranger for a few minutes. Later the mother and toddler were videotaped during unstructured playtime together.

The study showed that a mother's stress system can be compromised by becoming either overactive or underactive. In mothers with higher depressive symptoms, stress responses were "hyperactive," the researchers found. These moms' heart rate patterns began higher, then spiked when their toddler was upset. After the mom was reunited with the child, their heart rate pattern remained elevated. During the free-play sessions, mothers with hyperactive stress responses engaged in the highest levels of hostility with their toddler, including derogatory comments, angry tone of voice, and rough physical interaction.

Although the popular image of depression is of someone who is listless and sad, Sturge-Apple points out that the study confirms what clinicians have long observed: that depression in mothers sometimes is linked to harsh, highly reactive parenting, not subdued mothering. This study helps to explain the biological basis of such behavior; the stress response systems of moms suffering from depression are on high alert, oversensitive to social stressors and unable to calm down, explains Sturge-Apple.

By contrast, study participants who struggled with poverty and lived in high-crime neighborhoods exhibited underactive, or "hypoactive," stress response systems. Their heart rates patterns began lower and rose little during their child's distress. During free play, these parents showed the highest levels of disengagement along with intrusive parenting. Although instructed to play with their children, these mothers were more likely to ignore their little ones and not respond to children's bids for attention or play. When they were engaged, mothers with hyporesponsive stress activity were overbearing.

The researchers argue that the dampened physiological response to a child's anguish results from the "cumulative wear and tear … of living in poverty and dangerous neighborhoods." Faced with threats and concerns on a daily basis, these moms' stress systems simply become overwhelmed, concludes Sturge-Apple.

The research was supported by the National Institute of Nursing Research. Michael Skibo, a doctoral student in social and clinical psychology at the University of Rochester, also contributed to the publication.