Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biológicas

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El programa del Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biológicas tiene un enfoque multi-disciplinario que prepara a sus estudiantes para plantear soluciones innovadoras a grandes desafíos locales y globales para que nuestro desarrollo sea social, económica y ambientalmente sostenible.

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    Evaluación de la interacción entre el microbioma intestinal y la actividad física
    (2024-10-20) Aya Aldana, Jeimmy Viviana; Ramírez González, Juan David; Cala Molina, Monica Patricia; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    El microbioma es conocido como una red compleja de microorganismos que hacen parte de un nicho especifico, en el caso de la microbiota humana, es posible describir diversas comunidades de microorganismos en dependencia de la ubicación anatómica y la metodología de análisis. Siendo la microbiota intestinal la más estudiada en los últimos años, ya que ha sido ampliamente relacionada con procesos de salud y enfermedad. Este micro ecosistema está compuesto por representantes de los filos Arquea, Bacteria y Eucaria, además de una amplia diversidad de virus. No solo su composición, sino también su función, especialmente la capacidad de producir metabolitos, han convertido al estudio del microbioma en un campo de exploración amplio que busca respuestas desde diferentes disciplinas. Por ejemplo, desde la fisiología se ha buscado comprender cómo los sistemas del cuerpo humano se relacionan con los microorganismos y cómo factores externos como la dieta, la genética, la ubicación geográfica y el estilo de vida pueden influir en este nicho. Dentro de estos factores, se destaca la actividad física. En los últimos años, un campo de investigación en crecimiento se ha enfocado en estudiar la relación y los posibles efectos que la actividad física tiene en el microbioma intestinal. Inicialmente comparables con los efectos producidos por la dieta (que han sido ampliamente descritos), se hipotetizó que realizar actividad física podría aumentar la diversidad de especies bacterianas y conferir cambios significativos en la estructura de los microorganismos habitantes del sistema digestivo. Sin embargo, se detectó que los resultados descritos en la literatura no han sido del todo concluyentes y han sido difíciles de comparar debido a la diversidad de estudios identificados: diseños longitudinales y transversales, inclusión de diferentes tipos de actividad física, diferentes intensidades, diversidad de poblaciones y, en especial, una variedad de técnicas utilizadas para describir y secuenciar la comunidad de microorganismos. De igual manera, los pocos estudios existentes han abordado principalmente sujetos que se dedican a actividades donde predomina el entrenamiento de la resistencia cardiovascular, tales como ciclismo o atletismo, dejando a un lado actividades que involucren el desarrollo de la fuerza y la masa muscular. Por lo anteriormente expuesto, y resaltando la ausencia de estudios en población colombiana, el objetivo general de este trabajo fue evaluar la relación entre el microbioma intestinal y la actividad física en la literatura mediante una revisión sistemática y en humanos a través de una aproximación metagenómica y metabolómica. Ante la necesidad de conocer los principales resultados sobre si la microbiota intestinal es modificable a través de la actividad física y si estas posibles modificaciones están relacionadas con otros factores como el tipo, la intensidad, la duración y el protocolo de medición, el primer capítulo de esta tesis, se centró en evaluar la relación entre el microbioma intestinal y la actividad física a través revisiones sistemáticas de la literatura. La primera de ellas enfocada en adultos aparentemente saludables y la segunda en adultos mayores. Un total de 29 estudios fueron examinados: diez estudios transversales, siete longitudinales y tres ensayos controlados aleatorios. Los principales resultados variaron significativamente según los niveles de actividad física en los estudios longitudinales. Se identificaron cambios discretos en los índices de diversidad y la abundancia relativa de ciertas bacterias en personas activas. En contraste, los estudios transversales no revelaron cambios significativos en la diversidad del microbioma intestinal, con métricas de diversidad de Alpha y Beta que permanecieron consistentes en la mayoría de los casos. Sin embargo, se observó un cambio significativo en la abundancia relativa (a nivel de genero) en adultos mayores que participaron en un programa de ejercicio durante cinco semanas o más. Como se ha mencionado previamente, el microbioma intestinal exhibe una notable capacidad para producir una amplia variedad de metabolitos primarios, así como para participar en la síntesis o degradación de otros compuestos derivados de la dieta. Estos metabolitos desempeñan frecuentemente el papel de moléculas señalizadoras que facilitan la comunicación entre el microbioma y el huésped. Sin embargo, para investigar estas interacciones de manera efectiva, se requiere la implementación de diversos enfoques y herramientas ómicas que permitan analizar la información en diferentes niveles, abarcando desde la estructura hasta la función de los microorganismos presentes en el sistema digestivo. En lo referente a la influencia de la actividad física en las bacterias, arqueas y hongos residentes en el sistema digestivo, investigaciones anteriores indican la posibilidad de establecer una conexión más significativa entre la actividad física y el microbioma a nivel funcional. Por esta razón, en la segunda parte de este trabajo se llevaron a cabo dos capítulos con el fin de explorar la relación entre el microbioma intestinal y los metabolitos asociados al ambiente intestinal en deportistas colombianos de diversas disciplinas que implican procesos adaptativos enfocados en la fuerza y la resistencia cardiovascular. Se emplearon herramientas de metagenómica y metabolómica con el objetivo de caracterizar la población de microorganismos, perfilar su función genómica y determinar la cantidad de metabolitos derivados del microbioma atribuibles a su actividad deportiva. En síntesis, el segundo capítulo de esta tesis se centró en la caracterización del perfil taxonómico del microbioma intestinal de deportistas colombianos de las disciplinas de ciclismo de ruta y levantamiento de pesas. Mientras que el último capítulo permitió evaluar la abundancia de genes y rutas metabólicas relacionadas con la microbiota intestinal, así como identificar metabolitos a través de la metabolómica no dirigida en el microbioma intestinal de deportistas colombianos de las disciplinas mencionadas.
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    Genómica funcional para la descripción de mutaciones aplicables al diagnóstico de cáncer de seno en población colombiana: estudio a gran escala en casos no seleccionados
    (2024-12-09) Sierra-Díaz, Diana Carolina; Restrepo Fernández, Carlos Martín; Fonseca Mendoza, Dora Janeth; GENIUROS
    Introducción: El cáncer de seno es la neoplasia más frecuente a nivel mundial y el tipo de cáncer más importante para la mujer, atribuido hasta en el 10% a mutaciones germinales. A nivel mundial, grandes consorcios han centrado el estudio de variantes germinales en población de origen caucásico. En América Latina, específicamente en Colombia los casos hereditarios y familiares se han estudiado de manera predominante, centrando el análisis en los genes BRCA1 y BRCA2. En nuestra población no se ha identificado el perfil genómico en casos no seleccionados en genes diferentes a los mencionados previamente. Métodos: Se analizaron 400 mujeres colombianas con cáncer de seno no seleccionado, mediante WES (whole exome sequencing-WES) para 253 genes relacionados con el cáncer de seno. Se generó un algoritmo bioinformático para identificar las variantes moleculares missense, nonsense, frameshift y de splicing, con MAF (minor allele frequency-MAF) ≤0.01. Se realizó análisis de segregación familiar para algunas de las variantes P/LP identificadas en los genes BRCA2, ATM y PALB2. Mediante MLPA (multiplex ligation-dependent probe amplification-MLPA) se evaluó la presencia de CNVs (copy number variants-CNVs) en los genes BRCA1/2. Adicionalmente se realizó la anotación de los procesos biológicos y las vías de señalización en los genes con variantes germinales P/LP (pathogenic/likely pathogenic-P/LP). A nivel estadístico realizó un análisis bivariado para establecer asociaciones entre la presencia de variantes germinales P/LP, en diez genes con impacto clínico (ATM, BRCA1, BRCA2, BARD1, CHEK2, CDH1, PALB2, TP53, RAD51C y RAD51D) y las características clinicopatológicas y de factores de riesgo recolectadas; adicionalmente se realizó un análisis de regresión multivariada (árboles de decisión) de los diferentes subtipos moleculares de cáncer de seno (Luminal A, Luminal B HER-2 negativo, Luminal B HER-2 positivo, HER-2 enriquecido y TNBC (triple negative breast cancer-TNBC)). Mediante ensayos in vitro se evaluó el efecto de tres variantes germinales. Resultados: Se identificaron 211 variantes germinales P/LP en el 41.5% (105/253) de los genes estudiados, las cuales se encontraron en el 56.7% (227/400) de los casos analizados. 21 de las 211 variantes se identificaron, en el 6% de los casos, en siete de los diez genes con impacto clínico (ATM, BRCA1, BRCA2, BARD1, CHEK2, PALB2 y RAD51D). Se realizó análisis de segregación familiar en las familias de los casos índice con variantes germinales P/LP en los genes BRCA2 (c.2808_2811delACAA, p.Ala938Profs*21; c.3860delA, p.Asn1287Ilefs*6; c.1763_1766delATAA, p.Asn588Serfs*25), ATM (c.5496+2_5496+5delTAAG) y PALB2 (c.3350+4A>G). En total se evaluaron 36 familiares, y en 13 de ellos se identificó la variante P/LP estudiada (11 para las variantes del gen BRCA2 y dos para el gen ATM). Se identificó segregación en dos de las variantes analizadas en el gen BRCA2 (c.1763_1766delATAA, p.Asn588Serfs*25 y c.3860delA, p.Asn1287Ilefs*6). No se identificaron CNVs en los genes BRCA1/2. En los genes con variantes germinales P/LP, se identificaron varios procesos y vías de señalización relacionadas con los hallmarks del cáncer, tales como proliferación celular, angiogénesis, inestabilidad genómica (ocasionada por diferentes causas como generación de aductos-ADN debidos al metabolismo de componentes exógenos y al metabolismo de los estrógenos), alteraciones en el microambiente tumoral (secundario a hipoxia y especies reactivas de oxígeno), alteraciones en diferentes vías de reparación del ADN (reparación por recombinación homóloga, reparación mismatch, alteraciones en la vía de señalización de la Anemia de Fanconi), alteraciones metabólicas (metabolismo del colesterol, alteración del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y de la glicólisis). Se identificó que las vías de señalización Pathways in cancer, MicroRNAs in cancer, Breast cancer y Cell cycle, entre otras, contenían el mayor número de genes portadores de variantes germinales P/LP. El análisis bivariado determinó que las pacientes con variantes P/LP en los genes BRCA1/2 tenían una edad de diagnóstico menor (mediana de edad: 36 vs 54, p=0.0003), la menor parte eran postmenopáusicas (15.35% vs 57.68%, p=0.009) y el estadio nodal 2 fue más frecuente en estas pacientes (30.77% vs 9.26%, p=0.0425), en comparación con las pacientes sin variante P/LP en los diez genes con impacto clínico. Los análisis de árboles de decisión permitieron establecer predicciones de riesgo para cada subtipo molecular de cáncer de seno; por ejemplo, las pacientes con cáncer de seno luminal B HER-2 negativo, mostraron en el árbol de decisión que la presencia de una variante P/LP en el gen IRF6 les da una predicción del 88%. El análisis genómico evidenció la presencia de un tipo de variante denominada MNV (multiple nucleotide variant-MNV) en los genes POLD1 y BLM, este tipo de variante puede modificar la interpretación del cambio nucleotídico a nivel proteico y dado que no se identifica por los algoritmos bioinformáticos convencionales también puede llevar a resultados falsos positivos o falsos negativos. Los ensayos in vitro de las variantes estudiadas demostraron que la variante intrónica identificada en el gen ATM (c.5496+2_5496+5delTAAG) altera el proceso de splicing ocasionando exon skipping con un efecto deletéreo potencial en el dominio Pincer de la proteína ATM; la variante sinónima identificada en el mismo gen (c.1176C>G, p.Gly392=), altera un ESS (exon splicing silencer-ESS) llevando a la disminución del transcrito con la mutación; y la variante localizada en la región 3´UTR del gen BRCA1: c.*36C>G altera la interacción con el microARN miR-99a-3p, lo que potencialmente evita el desarrollo de TNBC. Conclusiones: Los resultados obtenidos resaltan la importancia de realizar estudios genómicos en nuestra población ya que cada diferentes procesos migratorios y mutacionales probablemente favorecen la selección de cierto tipo de variantes genéticas, generando un perfil mutacional particular para cada población. Adicionalmente, es importante resaltar el análisis ampliado de genes en las pacientes con cáncer de seno y no solo considerar los diez usualmente aplicados al diagnóstico molecular. En adición, nuestros hallazgos apoyan la importancia de analizar otro tipo de variantes como las sinónimas las cuales aparentemente no alteran la secuencia proteica pero si pueden afectar procesos importantes como el splicing, o como las MNVs que pueden llevar a falsos positivos o negativos en el diagnóstico, así como analizar otras regiones del genoma diferentes a las codificantes que podrían alterar la interacción con moléculas que regulan la expresión génica como es el caso de los microARNs.
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    Validación de péptido conjugado a nanopartículas magnéticas de óxido de hierro como biomarcador de cambios moleculares en la barrera hematoencefálica bajo condiciones de neuroinflamación
    (2024-12-04) Zapata Acevedo, Juan Felipe; González Reyes, Rodrigo Esteban; Vargas Sánchez, Jeinny Karina; Grupo de Neurociencias de la Universidad del Rosario (NEUROS)
    La neuroinflamación crónica se caracteriza por un aumento de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica (BHE), lo que provoca cambios moleculares en el sistema nervioso central (SNC) que pueden explorarse con biomarcadores de procesos neuroinflamatorios activos. En este contexto la resonancia magnética nuclear (RMN) ha sido una herramienta clave para detectar tanto las lesiones como la permeabilidad de la BHE. Además, el uso de nanopartículas superparamagnéticas ultrapequeñas de óxido de hierro (USPIO) como agentes de contraste ha permitido mejorar la resolución y precisión de estas observaciones por RMN. Por lo tanto, en esta tesis doctoral se evaluó la interacción del péptido-88 con laminina, mediante la vectorización del péptido 88 con USPIO (NPS-P88), para explorar las alteraciones moleculares de la BHE que ocurren durante la neuroinflamación como una herramienta potencial para su uso en RMN. Para verificar el marcaje específico de NPS-P88 se realizaron experimentos en células endoteliales (hCMEC/D3) y astrocitos (T98G) bajo inflamación inducida por IL-1β durante 3 y 24 horas. En células hCMEC/D3 tratadas con IL-1β durante 3 horas, se observó un aumentó de expresión y colocalización de la laminina con las NPS-P88, en comparación con los controles. Sin embargo, a las 24 horas no se observaron diferencias significativas entre los grupos control y células hCMEC/D3 con IL-1β. Por otro lado, en las células T98G, las NPS-P88 mostraron un etiquetado inespecífico similar al observado en los controles. Estos resultados sugieren que NPS-P88 tiene una mayor afinidad por las células endoteliales cerebrales que por los astrocitos en condiciones de inflamación. Aunque esta afinidad disminuye con el tiempo a medida que la expresión de la laminina se reduce. Los resultados in vivo indicaron que, 30 minutos después de la inyección de las nanosondas, hay una mayor presencia de NPS-P88 en la sangre y el cerebro, pero que disminuye progresivamente con el tiempo. Además, la síntesis de las USPIO por un segundo método permitió obtener nanopartículas con una mayor estabilidad, biocompatibilidad y biodistribución lo que prolongó su permanencia en sangre. En modelos de neuroinflamación animal inducida por LPS por 24 horas se observó un aumento de expresión de la laminina en cerebro durante procesos inflamatorios, lo que se correlaciona con una mayor presencia de NPS-P88. Asimismo, se confirmó una comarcación de la laminina/NPS-P88 en cerebro. En contraste, en médula se encontró una baja presencia de NPS-P88, sin cambios significativos en la expresión de laminina ni comarcación laminina/NPS-P88. Finalmente, en los animales EAE, la RMN reveló una acumulación significativa de NPS-P88 principalmente en la corteza, atribuida a la inflamación y la alteración de la BHE. En conjunto, estos resultados demuestran que NPS-P88 es un biomarcador para evaluar los cambios en la BHE inducidos por la neuroinflamación mediante RMN en modelos biológicos dirigidos a la laminina.
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    Interacciones parásito-hospedero-microbioma en infecciones causadas por protozoos y helmintos
    (2024-12-06) Castañeda Garzón, Sergio Andrés; Ramírez González, Juan David; Grupo de Investigaciones Microbiológicas UR (GIMUR)
    El microbioma intestinal cumple un rol esencial en diversas actividades metabólicas, fisiológicas e inmunológicas en el hospedero, las cuales, en equilibrio, promueven un adecuado funcionamiento y salud intestinal, ofreciendo adicionalmente, una barrera de protección frente a la colonización e infección por agentes patógenos virales, bacterianos y eucariotas. Dentro de estos organismos, diferentes parásitos, protozoos y helmintos, tienen una importante interacción con este microbioma y se ha propuesto que esta interacción puede tener una gran relevancia con aspectos asociados a la dinámica de la infección, progresión, persistencia, heterogeneidad clínica, entre otros. Una amplia variedad de parásitos pueden ser agentes etiológicos de diversas infecciones y enfermedades tanto a nivel intestinal como sistémico y es claro que a diferencia de los principales patógenos bacterianos y virales, no existen vacunas disponibles para prevenir estas infecciones y por ello su manejo se fundamenta en aspectos de prevención y tratamiento. Actualmente se conoce que las infecciones parasitarias tienen una interacción con el microbioma intestinal del hospedero influyendo en aspectos de salud y enfermedad, establecimiento, progresión y persistencia de la infección e incluso se ha considerado que estos cambios pueden predisponer al hospedero a diferentes enfermedades intestinales, cardiovasculares, cáncer, obesidad y algunos desórdenes del sistema nervioso central. Diversos estudios han revelado hallazgos de gran interés relacionados con, como el microbioma intestinal puede verse alterado por la presencia de parásitos, tanto protozoos como helmintos, los cuales principalmente han sido desarrollados bajo enfoques descriptivos en seres humanos y de manera complementaria, implementando modelos animales para comprender estos cambios. Sin embargo, estos estudios han usado principalmente la estrategia de metabarcoding (usando marcador 16S rRNA), las cuales brindan información asociada a la composición y estructura de la microbiota, pero que no permiten obtener información referente a predicciones funcionales que brinden un panorama general de cómo los cambios en el microbioma también pueden verse reflejados en cambios en la abundancia de ciertos genes y vías metabólicas claves en estas interacciones. Es por lo anterior, que se requieren estudios como el presente, enfocados en determinar las interacciones parásito-hospedero-microbioma a partir de la integración de una aproximación descriptiva en seres humanos y otro experimental en modelos animales utilizando complementariamente aproximaciones basadas en metabarcoding y metagenómica que permitan un visión más completa de los aspectos vinculados a esta interacción. Los cambios en la estructura y composición del microbioma intestinal en respuesta a infecciones y colonizaciones por protozoos y helmintos, tanto en seres humanos como en modelos animales facilita la correlación de estos hallazgos con distintas variables de interés que pueden representar factores de riesgo asociados a la infección, permitiendo así un mejor entendimiento de los procesos fisiopatológicos y epidemiológicos relacionados con estas infecciones. Esto adquiere mayor relevancia en países en vía de desarrollo donde la prevalencia de infecciones parasitarias es mayor y donde información relevante en el campo de la biología del parásito y de la fisiopatología de la infección y enfermedad, puede brindar un insumo esencial para el desarrollo de nuevas estrategias de manejo, prevención, profilaxis, tratamiento y diagnóstico en el marco de las políticas de salud pública dirigidas a la mitigación de este tipo de eventos. Teniendo en cuenta lo anterior, el presente estudio tuvo como objetivo, evaluar cambios en los perfiles de microbioma en humanos y modelos animales infectados por protozoos y helmintos y sus potenciales implicaciones en las interacciones parásito-hospedero-microbioma. Como objetivos específicos, los cuales son abordados en cada uno de los capítulos que serán descritos a continuación, se establecieron, (1) Determinar la frecuencia de protozoos intestinales (Blastocystis, Giardia, Cryptosporidium, complejo Entamoeba histolytica/dispar/moshkovskii) y helmintos (Ascaris lumbricoides, Trichuris trichiura, Uncinarias) en una población rural del departamento del Cauca, Colombia, mediante la aplicación de técnicas moleculares (PCR - qPCR) y convencionales (microscopía). (2) Describir los cambios en la microbiota intestinal en una población rural del departamento del Cauca, Colombia con presencia de Blastocystis a partir de un enfoque de metabarcoding usando simultáneamente los marcadores 16S y 18S rRNA. (3) Caracterizar los cambios en el microbioma intestinal del hospedero asociados a la infección por el protozoo Trypanosoma cruzi en un modelo animal a partir de un enfoque metagenómico. (4) Evaluar los cambios en la microbiota del hospedero y del helminto asociados a la infección por Ascaris suum en un modelo animal a partir de un enfoque de metabarcoding. (5) Identificar el proteoma de los productos de excreción-secreción (ES) de diferentes etapas larvales de Ascaris suum (L3-huevo, L3-pulmón, L3-tráquea) a partir de un enfoque proteómico. En el primer capítulo, en relación con el primer objetivo, se encontraron altas frecuencias de protozoos y helmintos intestinales en muestras de humanos, animales y agua, siendo Blastocystis el protozoo más frecuente. La detección en animales domésticos sugiere la posibilidad de transmisión zoonótica. Se identificaron múltiples especies de protozoos y helmintos conocidas por presentar frecuencias relevantes en humanos y animales, tales como Blastocystis, Giardia, Cryptosporidium, Entamoeba hystolitica, Ancylostoma duodenale, Taenia solium, y por primera vez en Colombia, se reportó la presencia de Ancylostoma ceylanicum. Lo anterior resalta la importancia de utilizar técnicas moleculares para la detección de estos en comunidades rurales. Los resultados indican una alta frecuencia de protozoos y helmintos intestinales y subrayan la necesidad de implementar medidas de salud pública para prevenir su transmisión, especialmente en áreas con riesgo de transmisión zoonótica y ambiental. Respecto al segundo objetivo de este primer capítulo, teniendo en cuenta que se identificó que Blastocystis fue el protozoo más prevalente, se describieron los cambios en la microbiota intestinal de los hospederos humanos colonizados por este eucariota. Se observó que la presencia de Blastocystis se relacionó con una mayor diversidad de la microbiota, tanto bacteriana como eucariota. Además, se identificaron taxones diferencialmente abundantes relacionados no solo con la presencia del protozoo, sino también con su carga. Se identificó que géneros tales como Bacteroides, Prevotella, Oscillibacter, Faecalibacterium y Alistipes fueron diferencialmente abundantes en los individuos positivos para Blastocystis, encontrando adicionalmente, una relación entre la carga de Blastocystis y la abundancia de géneros como Alistipes y Lachnospira. En el segundo capítulo, en relación con el objetivo 3, se caracterizó el efecto de la infección por Trypanosoma cruzi en el microbioma intestinal de un modelo murino utilizando dos cepas distintas de ratón, mediante un enfoque metagenómico. Los resultados mostraron cambios significativos en el microbioma intestinal de ambos modelos tras la infección, siendo estos cambios más pronunciados en el modelo BALB/c. Se identificaron bacterias cuya abundancia se vio alterada, incluyendo miembros de los géneros Lactobacillus, Bacteroides y Alistipes, entre otros. Además, los análisis de predicción funcional y ensamblaje de genomas permitieron determinar el impacto de la infección en diversos procesos metabólicos, tales como la síntesis de ácidos grasos de cadena corta, aminoácidos y procesos energéticos. Este estudio demuestra que la infección por T. cruzi puede alterar significativamente el microbioma intestinal, con efectos dependientes del modelo de hospedero, lo que sugiere una compleja interacción entre el parásito, el hospedero y el microbioma. Estos hallazgos podrían tener implicaciones para el desarrollo de nuevas estrategias profilácticas e incluso terapéuticas contra la enfermedad de Chagas, basadas en la modulación del microbioma. En el tercer capítulo, para el cumplimiento del objetivo 4, se evaluó la microbiota asociada con diferentes etapas de desarrollo de Ascaris y su impacto en la microbiota del hospedero durante la migración larval en un modelo murino. Se evaluaron muestras de heces, intestino, hígado y pulmones en los días 4, 8 y 14 post-infección. El análisis de la diversidad bacteriana mediante secuenciación del 16S rRNA identificó 8,040 variantes de secuencias de amplicones (ASVs), siendo la microbiota asociada a Ascaris la más diversa y distinta en comparación con la del hospedero. Se encontraron géneros específicos en Ascaris, como Bradyrhizobium, Achromobacter y Pseudomonas, lo que sugiere un posible intercambio de bacterias con el hospedero durante la migración larval. Estos hallazgos proporcionan una base para investigar las dinámicas ecológicas y funcionales de las interacciones helminto-microbiota, con potenciales aplicaciones terapéuticas. Complementariamente, para el desarrollo de objetivo 5, se realizó la identificación del proteoma de los productos excretores-secretores (ESPs) de Ascaris suum durante sus diferentes etapas de desarrollo larval. Los ESPs son fundamentales para la interacción del parásito con su hospedero y representan posibles blancos para el desarrollo de nuevas estrategias de control. Se identificaron un total de 1,738 proteínas en los ESPs de A. suum, observándose variaciones en la composición proteica a lo largo del desarrollo larval. Las proteínas identificadas participan en diversas funciones biológicas, incluyendo metabolismo, señalización celular, inmunomodulación y protección contra el sistema inmunitario del hospedero. Este análisis proporciona una visión global del proteoma de los ESPs de A. suum durante su desarrollo larval y podría contribuir a una mejor comprensión de la biología del parásito y de su interacción con el hospedero y su microbiota, así como al desarrollo de nuevas estrategias de control y tratamiento. En conclusión, los resultados presentados en esta tesis doctoral subrayan la complejidad y relevancia de las interacciones entre parásitos, microbioma y huésped en diferentes escenarios biológicos y geográficos. Se evidenció una alta frecuencia de protozoos y helmintos intestinales, principalmente Blastocystis, ligada a condiciones deficientes de saneamiento y calidad del agua. La colonización por Blastocystis se asoció con una mayor diversidad bacteriana intestinal y la presencia de taxones beneficiosos para el hospedero, lo que sugiere posibles efectos protectores en la salud intestinal. Las diferencias en la composición del microbioma entre individuos con diferentes cargas de Blastocystis y aquellos no colonizados subrayan una relación dosis-dependiente que, en conjunto con factores ambientales y dietéticos, puede influir en la regulación del microbioma, abriendo la posibilidad de usar Blastocystis como un marcador de salud intestinal en poblaciones rurales no-occidentalizadas. Los modelos murinos infectados con Trypanosoma cruzi evidenciaron alteraciones significativas en el microbioma y respuestas inmunológicas específicas, destacando el papel de ciertas bacterias como en la respuesta inflamatoria del hospedero y en cambios funcionales en diversas vías metabólicas como la síntesis de ácidos grasos, vitaminas y nucleótidos esenciales para el hospedero. Asimismo, el análisis de la microbiota del helminto y del hospedero durante el ciclo migratorio de Ascaris sugirió una potencial transferencia de bacterias desde el huésped al parásito, lo que podría influir en la supervivencia y patogenicidad del nemátodo. Estos hallazgos no solo enfatizan la necesidad de estudios longitudinales para comprender mejor las interacciones entre parásitos, microbioma y huésped, sino que también plantean nuevas perspectivas en la modulación microbiana como estrategia terapéutica para mejorar la salud de poblaciones vulnerables. Finalmente, de manera complementaria, este proyecto doctoral buscó contribuir con las diferentes estrategias establecidas por el gobierno nacional y territorial en el marco de los lineamientos estratégicos de políticas públicas, así como también aquellas relacionadas con ciencia, tecnología e innovación. Como se ha especificado para Colombia en el Plan Nacional de Desarrollo, una de las metas es el fortalecimiento de las IES públicas, motivo por el que el trabajo conjunto y colaborativo llevado a cabo en el presente proyecto representa un aporte fundamental para el alcance y cumplimiento de esta meta. A nivel departamental el Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación para el Departamento del Cauca (PEDCTi) en el marco la propuesta “Visión Cauca 2020”, constituye el referente sobre el cual se estructura el desarrollo de la ciencia, la tecnología y la innovación para beneficio de la sociedad en el departamento del Cauca y en general en el país. Con base en lo anterior, es claro como la contribución desde el punto de vista de la generación del conocimiento y del fortalecimiento de la educación en IES en el departamento, representa un aspecto clave en el cual el presente proyecto aporta en el avance de la innovación y desarrollo tecnológico del Cauca y en la adecuación de la sociedad a los cambios que conlleva el desarrollo científico.
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    Efecto de la aplicación intravítrea de células estromales mesenquimales en la respuesta inflamatoria intraocular en un modelo animal experimental de hipertensión ocular
    (2024-06-24) Dos Santos Evangelho, Karine; De La Torre Cifuentes, Ligia Alejandra; Ramírez Santana, Heily Carolina
    Se proyecta que más de 80 millones de personas padecerán glaucoma al final de esta década. Esta condición, que aún no cuenta con una solución definitiva, requiere el desarrollo de alternativas terapéuticas más eficaces. Recientemente, la investigación sobre la fisiopatología del glaucoma se ha centrado en comprender los efectos de la respuesta inmune en el daño a las células ganglionares de la retina (CGRs) y en su protección. Las CGRs desempeñan un papel crucial, ya que son las neuronas aferentes responsables de transmitir la información visual al cerebro a través de sus axones, los cuales forman el nervio óptico. La muerte de estas células conlleva ceguera irreversible. El estudio de los mecanismos inmunológicos involucrados en el glaucoma podría proporcionar nuevas vías para el tratamiento y la prevención de esta enfermedad, que puede llevar a la discapacidad visual. Se ha encontrado que un desequilibrio en el perfil de citoquinas producidas por las células T puede modificar el microambiente inmunológico en ojos glaucomatosos, influyendo así en la neuropatía óptica. Por lo tanto, las estrategias para bloquear o neutralizar las citoquinas relacionadas con el proceso neurodegenerativo en el glaucoma podrían representar un mecanismo terapéutico prometedor para proteger las neuronas y prevenir una mayor pérdida de la capacidad visual. Este hallazgo sugiere avances hacia tratamientos más efectivos que podrían mejorar la calidad de vida de los pacientes con glaucoma y reducir la gravedad de esta enfermedad. En este contexto neuroprotector, las células estromales mesenquimales (MSCs) están emergiendo como fuertes candidatas para ser utilizadas como terapia celular en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas, dado su considerable potencial regenerativo y su capacidad inmunosupresora. Esta investigación tiene como objetivo principal evaluar el perfil de determinadas citoquinas en el humor acuoso y vítreo en un modelo prospectivo, in vivo, experimental de hipertensión ocular (HO), así como su relación con la respuesta inmune intraocular en ojos tratados con inyección intravítrea de células estromales mesenquimales de gelatina de Wharton humana (WJ-MSCs). Esta investigación se llevó a cabo en el Bioterio y la Sala de Cirugía Experimental de la Escuela Superior de Oftalmología del Instituto Barraquer de América, tras recibir la aprobación del Comité de Ética en Investigación con Animales (CEIA-ESO-IBA). El estudio se dividió en dos etapas experimentales: un estudio piloto y una fase experimental. En el estudio piloto, se realizó la estandarización del modelo de HO para ajustar las dosis del medicamento y la medición de la presión intraocular (PIO). Se utilizaron cuatro conejos machos de la raza Nueva Zelanda, divididos en dos grupos experimentales asignados aleatoriamente durante un período de 4 semanas. Además de estandarizar el modelo de HO mediante la instilación de acetato de prednisolona tópica dos veces al día y la aplicación semanal de acetato de betametasona subconjuntival, se adaptaron técnicas para evaluar la respuesta pupilar fotocromática, realizar estudios histológicos y definir los marcadores inflamatorios utilizados en la investigación. Basándose en los resultados obtenidos en el estudio piloto, se desarrolló la fase experimental. Todos los animales del estudio fueron sometidos a un examen clínico detallado, que incluyó la inspección de mucosas, dentición, piel y anexos, además de un examen oftalmológico completo. Aquellos que presentaron enfermedades de la superficie ocular, opacidad del cristalino, enfermedades inflamatorias sistémicas, lesión retiniana o pérdida de peso severa (≥10% del peso inicial) fueron excluidos del estudio. En la fase experimental, se utilizaron 15 animales, divididos aleatoriamente en tres grupos: grupo 1 (HO), grupo 2 (trasplante intravítreo de WJ-MSCs) y grupo 3 (HO y trasplante intravítreo de WJ-MSCs). Se inyectaron 10⁵/100μL de WJ-MSCs intravítreas en la semana 7 del estudio, asignando el ojo izquierdo como control. En este estudio, se evaluaron los efectos de las WJ-MSCs en la retina mediante Tomografía de Coherencia Óptica (OCT), PEV flash y Respuesta Pupilar Fotocromática (RPF). La retinografía reveló cambios vasculares en la retina, excavación de la copa óptica y alteraciones en la coloración del disco óptico en el grupo 1, mientras que en el grupo 3 se observó una solución de WJ-MSCs localizada sobre el nervio óptico. La OCT mostró una reducción en la capa de células ganglionares de la retina (CCGRs) en el grupo 1, pero un ligero aumento en el grupo 3. Además, los animales tratados con WJ-MSCs presentaron menos alteraciones en la retina y el nervio óptico en comparación con el grupo de HO, incluida una mayor preservación de las CGRs observada mediante histología, lo que indica un efecto beneficioso de la terapia celular. Se observó un posible efecto terapéutico del trasplante celular en la RPF, con un aumento significativo en la respuesta de contracción pupilar a la luz azul solo en las primeras semanas del estudio en el grupo de HO que recibió WJ-MSCs, lo que podría indicar un efecto neuroprotector y axogénico de la terapia celular en la retina. Sin embargo, las WJ-MSCs no lograron restablecer la función de las células ganglionares ni del nervio óptico según el PEV flash. Además, se midieron los niveles de citoquinas en humor acuoso (IL-6, IL-8, factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α)) y humor vítreo (interferón (IFN-γ), IL-10 y factor de crecimiento transformante beta (TGF-β)) mediante la técnica de inmunoensayo ELISA. Se evaluó también la expresión de células TCD3+, TCD3+/TCD4+ y TCD3+/TCD8+, así como de la proteína ácida fibrilar glial (GFAP) e inmunohistoquímica en retina y en el nervio óptico después de la aplicación intravítrea de WJ-MSCs, con el fin de analizar el efecto neuroprotector de la terapia celular y su relación con las respuestas inmune e inflamatoria. Se evidenció una disminución en la secreción de citoquinas específicas, como TNF-α, IL-6, IFN-γ, IL-10 e IL-8, en el grupo 3 en comparación con el grupo 1. Además, se observó un aumento en la concentración de TGF-β en humor vítreo después de la aplicación de WJ-MSCs. Al evaluar la infiltración de células TCD3+/TCD4+ en la CCGRs, se observó que el grupo 3 presentaba una infiltración leve, mientras que el grupo 1 no mostró infiltración celular, lo que sugiere un posible efecto inmunomodulador sobre las células TCD4+ mediante la neuroprotección en esta capa de la retina. Por otro lado, la infiltración retiniana de células TCD3+ en todos los grupos tendía a pertenecer más a la subpoblación de células TCD8+ que a las células TCD4+ en varias capas de la retina, lo que indica que la inmunidad celular puede desempeñar un papel en la neuropatía óptica glaucomatosa. Asimismo, se observó una fuerte expresión de GFAP en la retina y en el nervio óptico en todos los grupos del estudio. Además de los resultados descritos, el trasplante de WJ-MSCs de cordón umbilical mostró buenos perfiles de seguridad y pocos eventos adversos en el modelo experimental propuesto. En conjunto, los hallazgos de este estudio sugieren que las células estromales derivadas del cordón umbilical pueden ser una fuente celular prometedora para la neuroprotección en la enfermedad glaucomatosa.