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Extracellular vesicles as a tool for identification of new biomarkers in Chagas disease

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Universitat de Barcelona. Facultat de Medicina i Ciències de la Salut

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[eng] American tripanosomiasis or Chagas Disease (CD), caused by the parasite Trypanosoma cruzi (T. cruzi), remains one of most neglected tropical diseases. Endemic from 21 countries in Latin America, it is the most important infection in the region in terms of public health and economic impact. Updated information from the Pan American Health Organization (PAHO) indicates that 12.000 people die from CD annually in the Americas. However, these figures may be highly conservative estimates, as other studies mention that as many as 200.000 people living with T. cruzi infection may die over the next five years from heart disease and related complications. Moreover, about 70 million people are exposed to the parasite, six to seven million now live with T. cruzi infection, and 30.000 new infections occur annually in the Americas. Furthermore, in the last decades CD has become a global health concern due to the migration flows from Latin America to United States, Europe, Canada and Japan. 
Many challenges remain regarding CD control and prevention in endemic and non-endemic countries. There is an urgent need of more practical and useful diagnostic methods, there are no preventive vaccines, and the two available treatments present several adverse drug reactions and limited efficacy during the chronic phase of the disease . Since there are no prognosis markers, drugs should be administered to all T. cruzi infected individuals that fulfill treatment criteria. Additionally, there are no tests-of-cure either, which limits patients´ follow-up and the search of safer and more efficacious drugs. Thus, the finding of reliable biomarkers of disease progression and/or treatment response would mean the greatest leap forward in the history of CD since its discovery in 1909. 
In this context, research on the role of extracellular vesicles (EVs) for biomarkers discovery has grown exponentially in the last decades. EVs are small double membrane vesicles of cellular origin, present in most biological fluids and secreted by all kind of cells. The different roles of EVs are still being explored, and include multiple biological functions, such as intercellular signaling and cell-to-cell communication. As the study of EVs is an active area of research, many biomedical utilities are still being explored, such as carriers for drug and gene therapy, antigen presentation, or therapeutic properties. Importantly, EVs present a huge potential as biomarkers in clinical diagnosis: they present highly specificity and sensitivity, excellent stability, and can be easily obtained in biofluids. This thesis explores the potential of EVs secreted during T. cruzi infection as potential biomarkers for therapeutic response and disease outcome in CD.

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[spa] La enfermedad de Chagas, causada por el parásito Trypanosoma cruzi (T. cruzi), es todavía hoy una de las enfermedades más desatendidas. Endémica de 21 países en América Latina, es la infección más importante en la región en cuanto a la salud pública e impacto económico. Información actualizada de la Organización Panamericana de la Salud indica que cada año 12.000 personas mueren de enfermedad de Chagas en América Latina. No obstante, estas cifras pueden ser estimaciones muy conservadoras, ya que otros estudios mencionan que unas 200.000 personas viviendo con infección por T. cruzi podrían morir en los próximos cinco años debido a problemas cardíacos y complicaciones derivadas de estos. Además, hay unos 70 millones de personas expuestas a la enfermedad, de seis a siete millones de personas viven hoy en día con infección por T. cruzi, y 30.000 nuevas infecciones ocurren anualmente en América Latina. Por otro lado, en las últimas décadas la enfermedad de Chagas se ha convertido en un problema de salud global debido a los flujos migratorios de América Latina a Estados Unidos, Europa, Canadá y Japón. 
Quedan muchos desafíos pendientes con respecto al control y la prevención de la enfermedad de Chagas en países endémicos y no endémicos. Por un lado, hay una necesidad urgente de métodos de diagnóstico más prácticos y útiles, no existen vacunas preventivas y los dos tratamientos disponibles causan varias reacciones adversas a los medicamentos y presentan una eficacia limitada durante la fase crónica de la enfermedad. Por otro lado, como no existen marcadores de pronóstico, los medicamentos deben administrarse a todas las personas infectadas por T. cruzi que cumplan con los criterios de tratamiento. Además, tampoco existen marcadores de curación, lo que limita el seguimiento de los pacientes y la búsqueda de fármacos más seguros y eficaces. Por consiguiente, el hallazgo de biomarcadores fiables de progresión de la enfermedad y/o respuesta al tratamiento supondría el mayor salto en la historia de la enfermedad de Chagas desde su descubrimiento en 1909. 
En este contexto, la investigación sobre el rol de las vesículas extracelulares (VE) para el descubrimiento de biomarcadores ha crecido exponencialmente en las últimas décadas. Las VEs son pequeñas vesículas de doble membrana de origen celular, presentes en la mayoría de los fluidos biológicos y secretadas por todo tipo de células. Los diferentes roles de las VEs aún se están explorando e incluyen múltiples funciones biológicas. Dado que el estudio de las VEs es un área activa de investigación, todavía se están explorando las potenciales utilidades biomédicas de estas, tales como transporte de fármacos y terapia génica, presentación de antígenos o propiedades terapéuticas. En este contexto, es importante destacar que las VEs presentan un gran potencial como biomarcadores: presentan alta especificidad y sensibilidad, excelente estabilidad y pueden aislarse fácilmente de biofluidos. 
Esta tesis explora el potencial de las VEs secretadas durante la infección por T. cruzi como potenciales biomarcadores para la respuesta terapéutica y el desarrollo de la enfermedad de Chagas.

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Tesis Doctorals - Facultat - Medicina i Ciències de la Salut

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Extracellular vesicles as a tool for identification of new biomarkers in Chagas disease