[ES] Actualmente la insuficiencia cardiaca es una de las principales causas de mortalidad y co-morbilidad a nivel mundial sobre todo en países desarrollados. Este tipo de patología a su vez, se desglosa en un gran abanico de posibles agentes que perturban el funcionamiento del músculo cardiaco en función de su causa. Uno de los problemas más importantes a niveles de afectación cardiaca se centra en pacientes que sufren algún tipo de cáncer y son tratados con antraciclinas. Estas drogas ampliamente usadas en el mundo de la oncología, tienen una serie de efectos secundarios entre los cuales destaca su posible efecto cardiotóxico. Este trabajo ahonda sobre este proceso y sobre la existencia de un perfil de paciente con una susceptibilidad a sufrir este tipo de episodios de toxicidad cardiaca. En este sentido, se investiga una serie de miRNAs que se encuentran diferencialmente expresados en pacientes que sufren este tipo de episodios frente a los que no. Una vez se detectan estos miRNA generamos un algoritmo predictor mediante el cual somos capaces de predecir si un paciente sufrirá cardiotoxicidad en función de la cantidad de ciertos miRNAs presentes en suero. Una vez descubiertos estos miRNAs nos centramos en la búsqueda de una posible opción terapéutica para esta serie de eventos. Para ello usamos las vesículas extracelulares (EVs) derivadas de células mesenquimales estromales (MSC), unas células que han demostrado tener un alto potencial terapéutico y de gran seguridad. Se evaluó su capacidad terapéutica en el daño inducido por doxorrubicina y posteriormente se amplió el estudio añadiendo el daño por isquemia reperfusión en diferentes frentes como puede ser la regeneración cardiaca, inhibición de la fibrosis o neoangiogénesis. Aunque es necesario un estudio más exhaustivo de los perfiles de cardiotoxicidad y de los mecanismos de acción tanto de los miRNAs como de las EVs, esta tesis demuestra la capacidad de ambos como una potente herramienta tanto de diagnóstico como terapéutica. / [CA] Actualment la insuficiència cardíaca és un dels principals causes de mortalitat i co-morbiditat a nivell mundial sobretot en països desenvolupats. Aquest tipus de patologia al seu torn, es desglossa en un gran ventall de possibles agents que pertorben el funcionament de l'múscul cardíac en funció de la seva causa. Un dels problemes més importants a nivells d'afectació cardíaca se centra en pacients que pateixen algun tipus de càncer i són tractats amb antraciclines. Aquestes drogues àmpliament usades en el món de l'oncologia, tenen una sèrie d'efectes secundaris entre els quals destaca el seu possible efecte cardiotòxic. Aquest treball aprofundeix sobre aquest succés i sobre ha un perfil de pacient amb una susceptibilitat a patir aquest tipus d'episodis de toxicitat cardíaca. En aquest sentit s'investiga una sèrie de miRNAs que es troben diferencialment expressats en pacients que pateixen aquest tipus d'episodis enfront dels que no. Un cop es detecten aquests miRNA generem un algoritme predictiu mitjançant el qual, som capaços de predir si un pacient patirà cardiotoxicitat en funció de la quantitat de certs miRNAs presents en sèrum. Un cop descoberts aquests miRNAs ens centrem en la recerca d'una possible opció terapèutica per a aquesta sèrie d'esdeveniments. Per a això fem servir les vesícules extracelulres derivades de cèl·lules mesesnquimales, unes cèl·lules que han demostrat tenir un alt potencial terapèutico i de gran seguretat. Es testen la seva capacitat terapèutica en el dany per doxurbicina i posteriorment s'amplia l'estudi afegint el dany per isquèmia reperfusió en diferents fronts com pot ser la regeneració cardíaca, inhibició de la fibrosi o neoangiogènesi. Encara que és necessari un estudi més exhaustiu dels perfils de cardiotoxicitat i dels mecanismes d'acció tant dels miRNAs com de les EVs, aquesta tesi demostra la capacitat de tots dos com una potent eina tant de diagnòstic com terapèutica. / [EN] Heart failure is currently one of the main causes of mortality and co-morbidity worldwide, especially in developed countries. This type of pathology, can be broken down into a wide range of possible agents that disturb the functioning of the cardiac muscle depending on its cause. One of the most important problems in terms of cardiac involvement is centered on patients who suffer from some type of cancer and are treated with anthracyclines. These drugs, widely used in the world of oncology, have a series of side effects, among which their possible cardiotoxic effect stands out. This work delves into this event and into the existence of a patient profile with a susceptibility to suffer this type of episodes of cardiac toxicity. In this sense, we investigate a series of miRNAs that are differentially expressed in patients who suffer this type of episodes versus those who do not. Once these miRNAs were detected, we generated a predictive algorithm by which we are able to predict whether a patient will suffer cardiotoxicity based on the amount of certain miRNAs present in serum. Once these miRNAs were discovered, we focused on the search for a possible therapeutic option for this series of events. For this we used extracellular vesicles (EVs) derived from mesenchymal cells (MSC), cells that have been shown to have a high therapeutic potential and high safety. We tested their therapeutic capacity in doxorubicin injury and later extended the study by adding ischemia reperfusion injury on different fronts such as cardiac regeneration, inhibition of fibrosis or neoangiogenesis. Although a more exhaustive study of the cardiotoxicity profiles and mechanisms of action of both miRNAs and EVs is needed, this thesis demonstrates the capacity of both as a powerful diagnostic and therapeutic tool. / Sánchez Sánchez, R. (2021). Estudio del papel de los miRNAs y las vesículas extracelulares derivadas de células mesenquimales estromales en la patología cardiaca [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177178

Tesis por compendio / [ES] La lesión medular (LM) es un trastorno neurológico devastador y debilitante que se caracteriza por un grado variable de disfunción motora, sensorial y/o autonómica permanente. El trasplante de células madre neurales (NSC) ofrece una herramienta terapéutica prometedora para el tratamiento de la LM al proporcionar neuroprotección y neuroregeneración. Sin embargo, el entorno generado tras la lesión limita el potencial terapéutico de las terapias celulares al dar lugar a una escasa supervivencia y engraftment de las células y a una diferenciación inadecuada. Además, las terapias celulares han mostrado hasta la fecha una recuperación funcional limitada en los ensayos clínicos. Por lo tanto, se ha postulado el uso de terapias combinatorias para superar estas limitaciones y potenciar los beneficios terapéuticos de las terapias celulares. En esta tesis doctoral, se han estudiado distintas estrategias de combinación con el trasplante de NSC, como el uso de fármacos y biomateriales, con el objetivo de mejorar y potenciar el efecto de la terapia celular en el rescate de la actividad neuronal, en la modulación del proceso inflamatorio, en la supervivencia del trasplante, así como en su integración y diferenciación en el tejido medular. Así, En el capítulo 1 evaluamos la terapia combinada de células madre neurales humanas derivadas de células madre pluripotentes inducidas (iPSC-NSCs), células madre mesenquimales (MSCs) y un nanoconjugado de curcumina (PA-C) en un modelo de LM subagudo, proporcionando un mayor grado de neuroprotección en comparación con los tratamientos individuales. En el capítulo 2 desarrollamos una estrategia mínimamente invasiva mediante el uso de un scaffold de ácido hialurónico en forma de semi-luna para el transplante de iPSC-NSCs combinado con PA-C. Así, los análisis histológicos demostraron que el tratamiento combinado de iPSC-NSCs y la PA-C presentaban una mayor preservación de fibras neuronales en la zona de la lesión y una reducción de la extensión de la cicatriz fibrótica. Por último, en el capítulo 3 se describe una estrategia terapéutica que se aproxima más a la traslación clínica mediante el trasplante de progenitores neurales fetales humanos (hfNPCs) condicionados previamente con una forma conjugada del inhibidor de Rho/Rock fasudil (PGA-SS-FAS). Así, la combinación de las hfNPCs con el PGA-SS-FAS favoreció la migración del transplante en el tejido medular, la preservación de las interneuronas somatosensoriales Lbx1 inhibitorias y las Tlx3 excitatorias, así como la activación neuronal alrededor del epicentro de la lesión. Así pues, en la presente tesis doctoral se estudia y describe el beneficio aportado por tres estrategias combinatorias, que incrementan los efectos neuroprotectores proporcionados por la terapia celular en el tratamiento de lesiones medulares agudas y sub-agudas. / [CA] La lesió medul·lar (LM) és un trastorn neurològic devastador i debilitant que es caracteritza per un grau variable de disfunció motora, sensorial i/o autonòmica permanent. El trasplantament de cèl·lules mare neurals (NSC) ofereix una eina terapèutica prometedora per al tractament de la LM proporcionant neuroprotecció i neuroregeneració. Tot i això, l'entorn generat després de la lesió limita el potencial terapèutic de les teràpies cel·lulars donant lloc a una escassa supervivència i engraftment de les cèl·lules i a una diferenciació inadequada. A més, les teràpies cel·lulars han mostrat fins ara una recuperació funcional limitada als assajos clínics. Per tant, s'ha postulat l'ús de teràpies combinatòries per superar aquestes limitacions i potenciar els beneficis terapèutics de les teràpies cel·lulars. En aquesta tesi doctoral, s'han estudiat diferents estratègies de combinació amb el trasplantament de NSC, com ara l'ús de fàrmacs i biomaterials, amb l'objectiu de millorar i potenciar l'efecte de la teràpia cel·lular en el rescat de l'activitat neuronal, en la modulació del procés inflamatori, en la supervivència del trasplantament, així com en la seva integració i diferenciació al teixit medul·lar. Així, Al capítol 1 avaluem la teràpia combinada de cèl·llules mare neurals humanes derivades de cèl·lules mare pluripotents induïdes (iPSC-NSCs), cèl·lules mare mesenquimals (MSCs) i un nanoconjugat de curcumina (PA-C) en un model de LM subagut, proporcionant un major grau de neuroprotecció en comparació dels tractaments individuals. Al capítol 2 desenvolupem una estratègia mínimament invasiva mitjançant l'ús d'un scaffold d'àcid hialurònic en forma de semilluna per al trasplantament d'iPSC-NSC combinat amb PA-C. Així, els anàlisis histològics mostraren que el tractament combinat d'iPSC-NSCs i la PA-C incrementaba la preservació de fibres neuronals a la zona de la lesió i reduïa l'extensió de la cicatriu fibròtica. Finalment, al capítol 3 es descriu una estratègia terapèutica que s'aproxima més a la translació clínica mitjançant el trasplantament de progenitors neurals fetals humans (hfNPCs) condicionats prèviament amb una forma conjugada de l'inhibidor de Rho/Rock fasudil (PGA-SS-FAS. Així, la combinació de les hfNPCs amb el PGA-SS-FAS va afavorir la migració del trasplantament al teixit medul·lar, la preservació de les interneurones somatosensorials Lbx1 inhibitòries i les Tlx3 excitatòries, així com l'activació neuronal al voltant de l'epicentre de la lesió. Així doncs, en aquesta tesi doctoral s'estudia i descriu el benefici aportat per tres estratègies combinatòries, que incrementen els efectes neuroprotectors proporcionats per la teràpia cel·lular en el tractament de lesions medul·lars agudes i sub-agudes. / [EN] Spinal cord injury (SCI) is a devastating and debilitating neurological disorder characterized by a variable degree of permanent motor, sensory and/or autonomic dysfunction. Neural stem cell (NSC) transplantation offers a promising therapeutic tool for the treatment of SCI by providing neuroprotection and neuroregeneration. However, the environment generated after injury limits the therapeutic potential of cell therapies by resulting in poor cell survival and engraftment and inadequate differentiation. In addition, cell therapies have shown limited functional recovery in clinical trials to date. Therefore, the use of combinatorial therapies has been postulated to overcome these limitations and enhance the therapeutic benefits of cell therapies. In this doctoral thesis, we have studied different combination strategies with NSC transplantation, such as the use of drugs and biomaterials, with the aim of improving and enhancing the effect of cell therapy in the rescue of neuronal activity, in the modulation of the inflammatory process, in the survival of the transplant, as well as in its integration and differentiation in the medullary tissue. Thus, In Chapter 1 we evaluated the combined therapy of human induced pluripotent stem cell-derived neural stem cells (iPSC-NSCs), mesenchymal stem cells (MSCs) and a curcumin nanoconjugate (PA-C) in a subacute LM model, providing a higher degree of neuroprotection compared to single treatments. In Chapter 2, we developed a minimally invasive strategy by using a demilune hyaluronic acid scaffold for combined transplantation of iPSC-NSCs with PA-C. Thus, histological analyses demonstrated that the combined treatment of iPSC-NSCs and PA-C exhibited increased preservation of neuronal fibers in the lesion area and a reduction in the extension of the fibrotic scar. Finally, Chapter 3 describes a therapeutic strategy that more closely approximates clinical translation by transplanting human fetal neural progenitors (hfNPCs) preconditioned with a conjugated form of the Rho/Rock inhibitor fasudil (PGA-SS-FAS). Thus, the combination of hfNPCs with PGA-SS-FAS favored transplant migration within the spinal parenchyma, preservation of endogenous inhibitory Lbx1 and excitatory Tlx3 somatosensory interneurons, as well as endogenous neuronal activation around the lesion epicenter. Thus, this PhD thesis studies and describes the benefit provided by three combinatorial strategies, which increase the neuroprotective effects provided by cell therapy in the treatment of acute and sub-acute spinal cord injury. / This research was funded by Fundació Marató TV3 2017/refs.20172230, 20172231 and 20172110; FEDER/Ministerio de Ciencia e Innovación–Agencia Estatal de Investigación “RTI2018- 095872-B-C21/ERDF”, Agencia Valenciana de Innovación (AVI) INNVAL10/19/047 and TERCEL (RD12/0019/0011) funds from the Instituto de Salud Carlos III of Spain; Science by Women program, Women for Africa Foundation to HE and the grants FEDER/Ministerio de Ciencia e Innovación – Agencia Estatal de Investigación [RTI2018-095872-B-C21 and –C22/ERDF]; RISEUP project FetOpen in H2020 Program: H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01 and by Grants RTI2018-095872-B- C21 and PDI2021-1243590B-I00/ERDF funded by MCIN/AEI//10.13039/501100011033 and by ERDF A way of making Europe). This project was also funded by Project 964562 (RISEUP), H2020 FetOpen program / Bonilla Villamil, P. (2022). Study of Combinatorial Cell Therapy and Neuroprotective Agents for the Treatment of Spinal Cord Injury in Experimental Models [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191500 / Compendio

[ES] El envejecimiento se concibe como un proceso progresivo de deterioro funcional que se produce a lo largo de la vida. En general, el avance de la edad va acompañado del deterioro de múltiples tejidos, la alteración de la homeostasis y el aumento de la fragilidad. La edad se considera el principal factor de riesgo de un gran número de enfermedades con elevadas tasas de mortalidad, como las patologías cardiovasculares, el cáncer, la fibrosis pulmonar, la esteatosis hepática y los trastornos neurodegenerativos, entre otros. A medida que aumenta la población de edad avanzada, estas patologías son cada vez más frecuentes en nuestra sociedad y constituyen actualmente una de las principales preocupaciones sanitarias en atención primaria. Por consiguiente, comprender los mecanismos que causan el envejecimiento y el consiguiente deterioro de la salud es un reto importante para la comunidad científica, respaldado por un significativo interés socioeconómico. Alcanzar este objetivo permitiría realizar intervenciones específicas contra las enfermedades relacionadas con la edad, promover un envejecimiento saludable y prolongar la vida humana. En este contexto, la senescencia celular se ha convertido en un importante objetivo de investigación, ya que este destino celular se considera un factor que contribuye al deterioro funcional y estructural de los tejidos con el aumento de la edad, dando lugar a enfermedades crónicas. Los trastornos neurodegenerativos son en su mayoría de etiología desconocida, y en la actualidad sólo se dispone de tratamientos paliativos. La neurodegeneración puede deberse a la disminución de la neurogénesis que se produce con el envejecimiento. A este respecto, la vasculatura cerebral representa un componente esencial de los nichos neurogénicos, donde residen las células con capacidad para generar nuevas neuronas. Los microvasos cerebrales contribuyen sustancialmente a preservar la homeostasis y el potencial neurogénico de estas regiones, pero también experimentan cambios estructurales y funcionales con la edad. Sin embargo, aún no está claro si estas alteraciones están relacionadas con la senescencia celular. De ahí que el propósito de esta tesis sea profundizar en los entresijos de la senescencia relacionada con la edad y su impacto en el proceso de envejecimiento cerebral. En este sentido, hemos desarrollado una sonda fluorogénica para la detección in vivo de la actividad ß-Gal, un marcador ampliamente utilizado de senescencia celular. Hemos estimado la carga de células senescentes de forma no invasiva en estudios longitudinales utilizando esta sonda durante el envejecimiento natural y acelerado o durante tratamientos senolíticos. Estos resultados nos han permitido establecer una correlación real entre envejecimiento y senescencia. Por otro lado, hemos centrado nuestros esfuerzos en crear estrategias para detectar la senescencia en las células endoteliales cerebrales y estudiar sus efectos sobre la neurogénesis durante el envejecimiento. Los resultados mostraron que las células endoteliales senescentes a nivel cerebral tienen un impacto perjudicial sobre la neurogénesis y las células madre neurales, lo que sitúa a estas células como diana para futuros estudios sobre el envejecimiento cerebral. / [CA] L'envelliment es concep com un procés progressiu de deterioració funcional que es produeix al llarg de la vida. En general, l'avanç de l'edat va acompanyat de la deterioració de múltiples teixits, l'alteració de l'homeòstasi i l'augment de la fragilitat. L'edat es considera el principal factor de risc d'un gran nombre de malalties amb elevades taxes de mortalitat, com les patologies cardiovasculars, el càncer, la fibrosi pulmonar, la esteatosis hepàtica i els trastorns neurodegeneratius, entre altres. A mesura que augmenta la població d'edat avançada, aquestes patologies són cada vegada més freqüents en la nostra societat i constitueixen actualment les principals preocupacions sanitàries en atenció primària. Per consegüent, comprendre els mecanismes que causen l'envelliment i la consegüent deterioració de la salut és un repte important per a la comunitat científica, recolzat per un significatiu interés socioeconòmic. Aconseguir aquest objectiu permetria realitzar intervencions específiques contra les malalties relacionades amb l'edat, promoure un envelliment saludable i prolongar la vida humana. En aquest context, la senescència cel·lular s'ha convertit en un important objectiu d'investigació, ja que aquest destí cel·lular es considera un factor que contribueix a la deterioració funcional i estructural dels teixits amb l'augment de l'edat, donant lloc a malalties cròniques. Els trastorns neurodegeneratius són en la seua majoria d'etiologia desconeguda, i en l'actualitat només es disposa de tractaments pal·liatius. La neurodegeneración pot deure's a la disminució de la neurogènesi que es produeix amb l'envelliment. Referent a això, la vasculatura cerebral representa un component essencial dels nínxols neurogènics, on resideixen les cèl·lules amb capacitat per a generar noves neurones. Els microvasos cerebrals contribueixen substancialment a preservar l'homeòstasi i el potencial neurogènic d'aquestes regions, però també experimenten canvis estructurals i funcionals amb l'edat. No obstant això, encara no és clar si aquestes alteracions estan relacionades amb la senescència cel·lular. D'aquí ve que el propòsit d'aquesta tesi siga aprofundir en els secrets de la senescència relacionada amb l'edat i el seu impacte en el procés d'envelliment cerebral. En aquest sentit, hem desenvolupat una sonda fluorogénica per a la detecció in vivo de l'activitat ß-Gal, un marcador àmpliament utilitzat de senescència cel·lular. Hem estimat la càrrega de cèl·lules senescentes de forma no invasiva en estudis longitudinals utilitzant aquesta sonda durant l'envelliment natural i accelerat o durant tractaments senolíticos. Aquests resultats ens han permés establir una correlació real entre envelliment i senescència. D'altra banda, hem centrat els nostres esforços a crear estratègies per a detectar la senescència en les cèl·lules endotelials cerebrals i estudiar els seus efectes sobre la neurogènesi durant l'envelliment. Els resultats van mostrar que les cèl·lules endotelials *senescentes a nivell cerebral tenen un impacte perjudicial sobre la neurogènesi i les cèl·lules mare *neurales, la qual cosa situa a aquestes cèl·lules com a diana per a futurs estudis sobre l'envelliment cerebral. / [EN] Ageing is conceived as a progressive process of functional decline that occurs over the course of life. In general, advancing age is accompanied by the deterioration of multiple tissues, altered homeostasis and increased frailty. Age is considered to be the main risk factor for a large number of diseases with high mortality rates, such as cardiovascular pathologies, cancer, pulmonary fibrosis, hepatic steatosis, and neurodegenerative disorders, among others. As the elderly population grows, these pathologies are becoming increasingly prevalent in our society and are now the leading health concerns in primary care. Consequently, comprehending the mechanisms that cause ageing and resulting health decline is a major challenge for the scientific community, backed by significant socio-economic interest. Achieving this goal would allow for targeted interventions against age-related diseases, promote healthy ageing, and extend human lifespan. In this context, cellular senescence has emerged as an important research target, as this cellular fate is considered a contributing factor to the functional and structural deterioration of tissues with increasing age, leading to chronic diseases. Neurodegenerative disorders are mostly of unknown etiology, and only palliative treatments are currently available. Neurodegeneration may be prompted by the decline in neurogenesis that occurs with ageing. In this regard, the brain vasculature represents an essential component of the neurogenic niches, where cells with the capacity to generate new neurons reside. Brain microvessels contribute substantially to preserving the homeostasis and neurogenic potential of these regions, but they also undergo structural and functional changes with age. However, whether these alterations are linked to cellular senescence it is not yet clear. Hence, the purpose of this thesis is to delve deeper into the intricacies of age-related senescence and its impact on the process of brain ageing. In this regard, we have developed a fluorogenic probe for the in vivo detection of ß-Gal activity, a widely used marker of cellular senescence. We have estimated the senescent cell burden non-invasively in longitudinal studies using this probe during natural and accelerated ageing or during senolytic treatments. These results have allowed us to establish a real correlation between ageing and global senescence. On the other hand, we have focused our efforts on creating strategies to detect senescence in brain endothelial cells and to study its effects on neurogenesis during ageing. The results showed that senescent endothelial cells at the brain level have a detrimental impact on neurogenesis and neural stem cells, positioning these cells as a target for future studies on brain ageing. / This PhD thesis has been supported by a pre-doctoral scholarship from the Spanish Ministry of Universities, “Programa de Formación del Profesorado Universitario (FPU)”, and a technical expert contract funded by the European Commission. The research has been funded by the following research projects led by Ramón Mártinez Máñez: - Gobierno de España (RTI2018-100910-B-C41 and PID2021-126304OB-C41). - Generalitat Valenciana (PROMETEO 2018/024 and CIPROM/2021/007). - CIBER-BBN- Instituto de Salud Carlos III, Ministerio de Ciencia e Innovación (CB06/01/2012). And by the following research projects led by Isabel Fariñas: - 2014-2018. Estudio de células madre en el ámbito de las investigaciones básicas en terapia celular. Fundación Botín-Banco de Santander. - 2018-2021. Regulación del comportamiento de las células madre neurales por el medio sistémico: el nicho extendido. MINECO (SAF2017-86690-R). - 2016-ongoing. CIBER en Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED). ISCIII (Programa de Investigación Cooperativa, CB06/05/0086). - 2017-2021. Efectos directos y remotos de la respuesta inflamatoria sobre las células madre neurales. Generalitat Valenciana (Proyectos de Excelencia, PROMETEO/2017/030). - 2017-2021. RETIC de terapia celular ISCIII (RD16/0011/0017). - 2021-2024 Regulación molecular de la heterogeneidad celular en los nichos neurogénicos adultos MICINN (PID2020- 117937GB-I00). - 2021-2025. Una aproximación multidisciplinar al estudio de la respuesta al daño genómico en células madre neurales: de levadura a mamíferos y vuelta. Generalitat Valenciana. Programa Prometeo de Proyectos de Excelencia (PROMETEO/2021/028). / Rojas Vázquez, S. (2023). Impact of Brain Endothelial Senescence on Neurogenesis: Application of Novel Strategies for Age-Related Senescence Detection [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194629