Un equipo internacional de científicos, liderado por la Universidad de Granada (UGR) en España, ha diseñado un novedoso hidrogel, gracias a la novedosa y pionera tecnología de microarrays de polímeros, que ayuda a regenerar con éxito el cartílago.

Los investigadores evaluaron la capacidad de adhesión y viabilidad de condrocitos sanos extraídos de pacientes con artrosis de rodilla (osteoartritis) sobre 380 polímeros diferentes de poliacrilato y poliuretano. De estos 380 polímeros, seleccionaron los 10 que presentaron mejores propiedades para facilitar la adhesión y viabilidad de este tipo celular en concreto, y realizaron estudios para evaluar la capacidad de estos 10 polímeros para mantener el potencial de los condrocitos para producir matriz de cartílago en cultivos a largo plazo.

El polímero de poli (metilmetacrilato-co-metacrilato) fue el que mostró mejores características biológicas y químicas, por lo que se usó para sintetizar hidrogeles para ser utilizados como matrices 3D. El análisis y caracterización de la morfología ultra-estructural, la microestructura, y las pruebas mecánicas de este nuevo hidrogel mostraron que poseía las características adecuadas para generar un soporte que mimetice el ambiente que necesitan los condrocitos en el cartílago.

Además, la caracterización biológica de este material demostró que es capaz de generar el nicho apropiado para el crecimiento en número de los condrocitos manteniendo sus características intactasen el cultivo a largo plazoen el laboratorio. Esto fue demostrado por la alta expresión de genes característicos de condrogénesis como el colágeno tipo 2, Sox9 y el agrecano, y no solo eso, sino que además estos condrocitos proliferaron colonizando todo el hidrogel y produjeron una matriz extracelular rica en proteoglicanos, similar a la matriz que producen en el cartílago nativo.

Estudios posteriores en ratones acabaron de certificar el gran potencial de este poliacrilato. En primer lugar, la implantación del hidrogel en ratones inmunocompetentes demostró que el material es totalmente biocompatible, y no genera ningún rechazo por el organismo. Pero no solo eso: además, las células del ratón colonizaron el hidrogel y secretaron matriz extracelular. En segundo lugar, la implantación del hidrogel que previamente había estado en cultivo con condrocitos de los pacientes durante 21 días, puso de manifiesto que, tras ser recuperado de los ratones, los condrocitos seguían manteniendo su viabilidad, proliferando, y expresando los genes de condrogénesis y produciendo la matriz típica de cartílago anteriormente mencionada.

“Es por todo ello que el hidrogel de poli (metilmetacrilato-co-metacrilato) presenta unas características estructurales, y propiedades mecánicas y biológicas que permiten generar un tejido sustitutivo similar al cartílago sano. Por lo tanto, proponemos este nuevo material como un excelente candidato para la regeneración de cartílago, y superar así las limitaciones de los enfoques actuales basados en andamios para el tratamiento de la osteoartritis”, explica el primer autor de este trabajo, el catedrático de Anatomía y Embriología Humana de la UGR Juan Antonio Marchal Corrales.

Este estudio ha sido realizado por un equipo multidisciplinar de científicos compuesto por investigadores de distintas instituciones nacionales e internacionales, como la Universidad de Edimburgo, el grupo de investigación 3B´s Research Group de la Universidad de Minho, la Universidad de Jaén y el Hospital Universitario Virgen de la Victoria de Málaga, todos ellos liderados por investigadores del grupo “Terapias avanzadas: diferenciación, regeneración y cáncer” de la Universidad de Granada, pertenecientes al Instituto de Investigación Biosanitaria de Granada (ibs.GRANADA) y a la Unidad de Excelencia “ModelingNature: from nano to macro” de la UGR.

julio 06/ 2019 (DICYT)

Una sustancia que se encuentra en el veneno de la tarántula, GsMTx4, previene la muerte de las células del cartílago en una lesión mecánica, según un trabajo de la Universidad de Duke, en Carolina del Norte (Estados Unidos), publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (doi: 10.1073/pnas.1414298111.). Diario Médico expone los resultados del estudio en esta sección, Objetivo: artrosis, que con la colaboración de Bioibérica Farma persigue centrar la atención sobre los avances terapéuticos en esta enfermedad reumatológica.

Para llegar a esta conclusión, los investigadores identificaron los canales Piezo 1 y Piezo 2, presentes en el cartílago de los mamíferos, que intervienen en la muerte celular cuando el cartílago sufre una lesión causada por una tensión mecánica. Tras identificarlos, se preguntaron «qué se podría emplear para bloquearlos. Aprovechamos el hecho de que el canal Piezo 1 es sensible a GsMTx4 -toxina de la Grammostola spatulata, un tipo de araña-, hallazgo que descubrió hace varios años Frederick Sachs, de la Universidad de Búfalo, en Nueva York», apunta Wolfgang Liedtke, profesor asociado de Neurología, Anestesiología y Neurobiología de la Universidad de Duke, en Carolina del Norte (Estados Unidos), y autor del estudio.

Potencia de la sustancia
Los investigadores han demostrado que GsMTx4 inhibe Piezo 1/Piezo 2, algo que no se conocía antes. Para Liedtke, los aspectos más sorprendentes del estudio fueron observar la actividad conjunta de Piezo 1 y Piezo 2, que estos canales podían ser inhibidos por dosis más bajas de GsMTx4 y la potencia de esta sustancia para prevenir la muerte celular de condrocitos en un modelo de lesión mecánica. Este nuevo descubrimiento, según Farshid Guilak, profesor de Cirugía Ortopédica en Duke y otro de los autores, podría conducir a posibles avances farmacológicos para proteger las articulaciones y prevenir el dolor asociado con las lesiones de cartílago.

«El andamio proteico de la célula juega un papel enorme en cómo los canales Piezo 1 y Piezo 2 funcionan. La dinámica del citoesqueleto es importante para la inserción de los canales Piezo en la membrana. Una vez en la membrana, los canales parecen perder su sensibilidad de manera que dosis más bajas de GsMTx4 son suficientes para inhibir el canal. Esta estrategia podría ser usada para intentar tratar las lesiones de la articulación con GsMtx4″, explica Liedtke.

Los siguientes pasos en la investigación, según el científico estadounidense, serán establecer si GsMTx4 también actúa después de que la lesión mecánica ha sido causada, observar si esta sustancia tóxica trabaja contra la lesión articular postraumática en modelos de animales con esta condición y demostrar cómo funcionan Piezo 1 y Piezo 2 en condiciones de inflamación y de degeneración.

En relación con este hallazgo, los investigadores descubrieron hace unos meses que la estimulación mecánica moderada de las células del cartílago -similar a la experimentada durante el ejercicio leve- promueve la salud mediante la activación del canal de iones TRPV4. Además, pudieron observar que los ratones que no cuentan con canales TRPV4 tienen más posibilidades de desarrollar artrosis.
diciembre 8/2014 (Diario Médico)

Lee W, Leddy HA, Chen Y, Lee SH, Zelenski NA, Liedtke WB.Synergy between Piezo1 and Piezo2 channels confers high-strain mechanosensitivity to articular cartilage.Proc Natl Acad Sci U S A.111(47):E5114-22. 2014 Nov 25

Una molécula producida por el cuerpo podría ser beneficiosa para la artrosis, según un estudio de investigadores de las universidades de Manchester y de Westminster, ambas en el Reino Unido, y publicado en el último número de Cell Death (doi:10.1038/cddis.2013.231). La urocortina, que así se denomina, es un péptido que fue descubierto en el cerebro y que está presente en diversos tejidos.

«Hemos observado que esta molécula también se encuentra en los condrocitos, ya que la técnica de reacción en cadena de la polimerasa con transcriptasa inversa (RT-PCR, por sus siglas en inglés) detecta la presencia del ARN mensajero de la urocortina», según Ian Locke, uno de los investigadores principales y miembro del Grupo de Investigación de Comunicación Celular de la Universidad de Westminster.

Bloquear la apoptosis
La función de esta molécula que más interesa a los investigadores es la citoprotección, pues promueve la supervivencia de la célula y ayuda a debilitar los efectos de algunas moléculas que causan la muerte celular. En concreto, apunta Locke, la urocortina protege contra sustancias que provocan apoptosis.

Esta molécula es producida por los condrocitos a niveles bajos. El estudio indica que si la urocortina es eliminada, los condrocitos mueren. No obstante, aún se desconoce el mecanismo exacto por el que la urocortina ayuda a las células a sobrevivir. «Algunas sustancias causan la muerte de los condrocitos. Cuando las células están sometidas a algunas de ellas, la producción de urocortina se incrementa en un intento de ayudar a las células a superar los efectos de tales sustancias».

La artrosis es causada por la destrucción y pérdida de cartílago en las articulaciones. Uno de los mecanismos envueltos en la pérdida de cartílago es una reducción en el número de condrocitos que provoca desgaste del cartílago.

Por ello, «se espera que el descubrimiento del papel de la urocortina en estas células abra nuevas vías de investigación en la búsqueda de reducir la muerte de condrocitos incrementando la capacidad del cartílago para repararse a sí mismo».

El estudio, según los investigadores, está todavía en fase inicial, pero a largo plazo podrían desarrollarse fármacos para reducir la muerte del condrocito. Según Locke, el siguiente paso es analizar cómo la urocortina logra la supervivencia del condrocito: qué ocurre en la célula con la presencia y ausencia de esta molécula y cómo se podrían manipular esos procesos.
julio 29/2013 (Diario Médico)

N Y Intekhab-Alam, O B White, S J Getting, A Petsa, R A Knight, I C Locke. Urocortin protects chondrocytes from NO-induced apoptosis: a future therapy for osteoarthritis?.Cell Death and Disease 4, e717. 11 Jul 2013

Las articulaciones dañadas que reciben trasplante de condrocitos para reparar el cartílago recuperan su total funcionalidad al cabo de un año, según los organizadores del XI Simposio Internacional Clínica Cemtro sobre Avances y Actualizaciones en Traumatología y Ortopedia. En el simposio se han presentado resultados preliminares de la combinación de trasplante de estas células cartilaginosas y seguimiento mediante resonancia magnética (RM) en alta resolución (3 teslas) con la que se consigue que el resultado sea superior.

Densidad adecuada

El trasplante de condrocitos consigue regenerar el cartílago a su estado inicial y devolver la funcionalidad a la articulación en el 95 % de los casos al cabo de un año, según Pedro Guillén, jefe del Servicio de Traumatología de la Clínica Cemtro, y pionero en el trasplante de condrocitos en España, con más de 400 realizados.

Sin embargo, «la observación con resonancia magnética de 3 teslas está incrementando ese porcentaje al 100 % en pacientes con indicación clara». La alta resolución de este método diagnóstico «permite comprobar que la densidad celular de los condrocitos sea la idónea y que el cartílago se está fijando al hueso de manera adecuada».

Recuperar el ritmo

Un estudio de la Universidad de Viena publicada en The American Journal of Sport Medicine (doi: 10.1177/0363546509354971) ha demostrado que los pacientes que reciben un trasplante de condrocitos recuperan la completa funcionalidad de la articulación.

«Una vez superado el período postoperatorio, pacientes moderadamente activos que han recibido implantes de condrocitos pueden volver a practicar deportes con la misma intensidad que hacían antes de tener la lesión», ha recalcado el cirujano.

Sala exclusiva dedicada al cultivo celular

El trasplante de condrocitos consiste en el aislamiento de condrocitos autólogos sanos procedentes de biopsia de un cartílago de una zona de no carga. Se cultivan en el laboratorio hasta que su proliferación alcanza varios millones de unidades y después se implantan en la zona dañada con artroscopia.

Cemtro es uno de los pocos hospitales en Europa que dispone de una sala dedicada en exclusiva al cultivo de condrocitos.

La técnica se puede aplicar desde los 14 a los 55 años y está indicada en cualquier lesión postraumática, en osteonecrosis y en artritis sépticas tras artroscopia. En enfermedad autoinmune está contraindicado, ya que el cartílago vuelve a destruirse».
noviembre 15/2012 (Diario Médico)

Tomado del boletín de selección temática de Prensa Latina: Copyright 2011 «Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.»

Goetz Hannes Welsch, Tallal Charles Mamisch, Lukas Zak, Matthias Blanke, Alexander Olk, Stefan Marlovits, Siegfried Trattnig. Evaluation of Cartilage Repair Tissue After Matrix-Associated Autologous Chondrocyte Transplantation Using a Hyaluronic-Based or a Collagen-Based Scaffold With Morphological MOCART Scoring and Biochemical T2 Mapping.Preliminary Results.Am J Sports Med. May 2010 vol. 38 no. 5 934-942.