Análisis de espectrometría de masas por imágenes de fracturas de fémur murinas de tamaño crítico tratadas con discos de cartílago derivados de células estromales humanas diseñadas in vitro. (A a D) Los mapas de segmentación se generaron a partir de los espectros de valor de masa a carga (m/z) de secciones de tejido completo de grupos de trasplante derivados de BMSC (A y B) y derivados de ATSC (C y D) usando un algoritmo bisectriz de k-medias. Los segmentos con diferentes colores representan grupos proteómicos distintos en las secciones de tejido completo. Los dos primeros grupos de proteoma distinguen entre hueso (amarillo) y tejido muscular (azul). En la región ósea, el agrupamiento de segmentación identificó dos segmentos adicionales en el grupo BMSC (B) y tres segmentos en el grupo ATSC (C). El tercer grupo proteómico (amarillo) del grupo ATSC corresponde a la región de fractura y no se detectó en el grupo BMSC. La segmentación adicional de la región de la fractura reveló dos grupos distintos en el grupo BMSC (inserto B ampliado como se indica) pero solo un grupo en el grupo ATSC (inserto C ampliado como se indica). (E) Utilizando un enfoque de cromatografía líquida ascendente-espectrometría de masas en tándem, se asignaron varios valores m/z a péptidos específicos de COL1A1. Los espectros de masas de péptidos muestran la intensidad absoluta de los valores m/z indicados en la fractura (línea negra) y la región ósea total (línea gris). El sombreado azul indica el péptido COL1A1 (m/z = 2055) que está altamente conservado entre humanos y ratones, mientras que el sombreado amarillo indica un péptido COL1A1 exclusivo para humanos (m/z = 2057). (F) Tinción 5C de Movat del fémur de ratón completo que contiene el trasplante de disco de cartílago derivado de BMSC en el área de la fractura, ampliada en (L). (G) El péptido COL1A1 altamente conservado (m/z = 2055) (total = humano + ratón; de color verde) se distribuyó por todo el hueso del grupo BMSC. (H) El péptido COL1A1 específico para humanos (m/z = 2057; coloreado en rojo) muestra una distribución de alta intensidad exclusivamente en la región de la fractura. (I) Fusión del péptido COL1A1 total y específico humano. (J) La combinación de la distribución de intensidad del péptido COL1A1 específico para humanos (m/z = 2057) con la tinción 5C de Movat muestra que se colocaliza solo con el área del callo duro restante. (K) Ampliación de la tinción 5C de Movat de la misma región de fractura que se muestra en (F) y (L) la combinación correspondiente con la distribución de intensidad del péptido COL1A1 específico para humanos (m/z = 2057). n = 4 réplicas biológicas por grupo. Crédito: Ciencia Medicina Traslacional (2023). DOI: 10.1126/scitranslmed.abm7477
El hueso es el segundo tejido más comúnmente trasplantado después de la sangre, con alrededor de dos millones de trasplantes de huesos realizados en todo el mundo cada año, pero a menudo con un éxito terapéutico moderado. Las terapias basadas en células podrían proporcionar un enfoque alternativo al trasplante.
Junto con colegas de la Universidad Privada Médica Paracelsus (PMU) de Salzburgo, investigadores del Instituto de Salud de Berlín en Charité (BIH) ahora han demostrado que las células progenitoras humanas pueden regenerar grandes defectos óseos y formar nuevo tejido mineralizado. Los investigadores han publicado los resultados de su trabajo en la revista Ciencia Medicina Traslacional.
Aunque la mayoría de las fracturas óseas se curan por completo sin dejar cicatrices, los defectos óseos particularmente grandes causados por un traumatismo grave, una infección o una cirugía tumoral a menudo no se curan de forma natural y requieren un trasplante óseo. El hueso es el segundo tejido más comúnmente trasplantado después de la sangre, con alrededor de dos millones de trasplantes de huesos realizados en todo el mundo cada año.
Sin embargo, la disponibilidad de injertos es limitada y su capacidad regenerativa suele ser baja. Las terapias basadas en células ofrecen una alternativa prometedora. El tejido diseñado in vitro a partir de células progenitoras, como las células estromales multipotentes (MSC), podría reemplazar los tratamientos de injerto óseo estándar.
Junto con colegas de la Universidad Privada Médica Paracelsus (PMU) de Salzburgo, los investigadores del Instituto de Salud de Berlín en Charité (BIH) ahora han demostrado que este método funciona. Un factor crucial es que estas células estromales se pueden obtener de varios tejidos, como el tejido adiposo, el tejido de la piel y la médula ósea.
El origen de las células estromales juega un papel clave en la capacidad regenerativa
Las células estromales multipotentes (MSC) son las células progenitoras en varios tejidos conectivos que pueden diferenciarse en diferentes tipos de células, como células de grasa, cartílago y hueso. Sin embargo, contrariamente a las suposiciones anteriores, la fuente de células estromales tiene un impacto decisivo en su potencial de regeneración ósea. A diferencia de las células del tejido adiposo blanco, el cordón umbilical o el tejido de la piel, solo las MSC de la médula ósea tienen la capacidad de formar cartílago funcional.
Esto se debe a la llamada firma epigenética que determina a qué genes se puede acceder durante la diferenciación celular y en qué orden se activan.
«Este cartílago hipertrófico producido in vitro es un intermediario importante para la formación de tejido óseo mineralizado. Pudimos demostrar que el trasplante de discos de cartílago humanos vitales en ratones con defectos óseos grandes (que no cicatrizan) conduce a la curación completa», dice el Dr. Geissler, líder de grupo en el Centro de Terapias Regenerativas de BIH, quien es uno de los autores principales del estudio.
«En el animal, las células humanas trasplantadas en los discos de cartílago también forman el tejido óseo original, que se reemplaza por células derivadas de ratón solo al final de la curación completa».
Nuevo mecanismo epigenético regula la cicatrización ósea
En su estudio, los investigadores describen un mecanismo epigenético novedoso que no solo subyace al potencial regenerativo de las células del estroma, sino que también regula la curación ósea. Esto implica una red compleja de los llamados potenciadores (amplificadores de la expresión génica) en el ADN de las células. Esta red potenciadora es particularmente accesible y activa en estas células, determinando así el curso y el éxito de la regeneración tisular. Los investigadores llaman a esta red el «paisaje potenciador».
«Nuestro estudio hace una contribución importante a la selección de células adecuadas para el tratamiento eficaz de las fracturas óseas difíciles de curar. El conocimiento adquirido aquí sobre las firmas de potenciadores específicos de tejido también puede contribuir a la mejora de otras terapias basadas en células». dice el Prof. Dirk Strunk, director del Instituto de Terapia Celular Experimental y Clínica en PMU Salzburg y coautor principal del estudio.
El camino hacia los ensayos clínicos
Son necesarios más pasos de desarrollo para traducir este nuevo enfoque en una opción terapéutica fiable para grandes defectos óseos en ortopedia y cirugía traumatológica. Por ejemplo, los investigadores dirigidos por Sven Geissler y Dirk Strunk ahora quieren realizar pruebas para ver cómo se pueden producir automáticamente discos de cartílago a partir de células del estroma y si las células de donantes exógenos también son adecuadas para la terapia.
De lo contrario, los pacientes tendrían que esperar hasta cinco semanas después de la recolección de sus propias células antes de poder producir e implantar los discos de cartílago. Sin embargo, hay muchos motivos para el optimismo, dados los resultados de las pruebas logrados hasta ahora.
Más información:
Sarah Hochmann et al, El paisaje potenciador predetermina la capacidad de regeneración esquelética de las células del estroma, Ciencia Medicina Traslacional (2023). DOI: 10.1126/scitranslmed.abm7477
Proporcionado por el Instituto de Salud de Berlín
Citación: Uso de células precursoras de médula ósea en lugar de trasplante para regenerar hueso (30 de marzo de 2023) recuperado el 30 de marzo de 2023 de https://medicalxpress.com/news/2023-03-bone-marrow-precursor-cells-transplantation.html
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