Cooperation of calcium, BMP and WNT signalling for optimal osteoblast differentiation. Application for bone tissue engineering

• Autores: Ruben Francisco Aquino Martinez
• Directores de la Tesis: Francesc Ventura Pujol (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Maria Pau Ginebra i Molins (presid.), Ricardo Enrique Perez Tomas (secret.), Elisabet Engel López (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medicina e Investigación Traslacional por la Universidad de Barcelona
• Materias:
  • Ciencias médicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  Dipòsit Digital de la UB  TDX 
• Resumen

  • Al menos dos características distinguen al hueso de otros tejidos, es un compuesto con elementos orgánicos y minerales y además tiene una organización celular con diferentes niveles de diferenciación. Durante el remodelado óseo los osteoclastos disuelven el componente mineral y degradan la fase orgánica liberando sus productos de degradación hacia el espacio extracelular.

    El hueso es el tejido conectivo con mayor dureza en el cuerpo humano. Sin embargo, el tejido óseo puede ser dañado después de un trauma, puede sufrir atrofia por la pérdida de dientes, podría ser destruido por condiciones patológicas o incompletamente formado durante defectos óseos craniofaciales congénitos, tal como el paladar hendido. El hueso autólogo ha sido considerado la mejor alternativa para regenerar defectos óseos. Sin embargo, de cualquier sitio de donde se obtenga produce morbilidad en la zona donante. Para evitar esa desventaja, la ingeniería de tejido óseo ha surgido como una alternativa al hueso autólogo. Ha sido demostrado por estudios in vitro e in vivo que BMP-2 favorece la diferenciación de osteoblastos y la formación ósea. Altas dosis son necesarias (por ejemplo 1-45 􀀀g/ml) para obtener resultados aceptables. Sin embargo, varios efectos adversos tal como inflamación y formación ectópica de hueso han sido publicados después de usar elevadas dosis de BMP-2.

    En este trabajo hemos utilizado una combinación de Gelatina/CaSO4 como andamiaje para cultivar células madre mesenquimales (MSC´s). Este andamiaje promueve inicialmente una amplificación de las células cultivadas, lo cual es seguido por una mayor diferenciación osteoblástica después de 10 días de cultivo. Además, este andamiaje cultivado con MSC´s incrementó la formación de hueso en un defecto óseo de tamaño crítico en cráneo de ratón. Lo más notable, pretratamiento de MSC´s “ex vivo” con dosis bajas de BMP-2 (2nM) y Wnt3a (50 ng/ml) durante 24 horas incrementó cooperativamente la expresión de marcadores osteogénicos “in vitro” y la regeneración ósea en los defectos de tamaño critico en cráneo de ratón.

    Además, determinamos el mecanismo molecular involucrado en la cooperación entre Ca2+ y BMP-2 a corto y largo término durante la secuencia de diferenciación de las MSC´s en osteoblastos. Al inicio a las 24 horas, observamos la activación de una red de señalización intracelular la cual es antagónica a la vía BMP- 2/Smad. A los 10 días, un efecto cooperativo entre Ca2+ y BMP-2 es observado. Ca2+ promueve la secreción endógena de BMP-2 lo cual produce un efecto autocrino y paracrino que refuerza la acción osteogénica inicial de BMP-2. Notablemente, un efecto similar en la diferenciación osteoblástica fue observado en MSC´s tratadas únicamente con Ca2+ comparado con las tratadas solo con BMP-2.

    En conclusión, señalización por citoquinas como BMP-2 y Ca2+ (componente mineral) interactúan durante el remodelado óseo. Ca2+ regula el estímulo