Estudio de las células mesenquimales en la osteoporosis
- Autores: Laura López Delgado
- Directores de la Tesis: José Antonio Riancho Moral (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Study of mesenchymal stem cells in osteoporosis
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Luis Pérez Castrillón (presid.), Carmen Valero Díaz de Lamadrid (secret.), Arancha Rodríguez de Cortázar Alonso Villalobos (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medicina y Ciencias de la Salud por la Universidad de Cantabria
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: UCrea
- Resumen
- español
El hueso es un tejido que se encuentra en un constante proceso de remodelado debido a la acción de los osteoblastos, encargados de la formación ósea, y de los osteoclastos, encargados de su destrucción. La osteoporosis (OP) es la enfermedad metabólica ósea más prevalente y se produce por un desequilibrio entre la formación y la resorción del hueso existiendo un predominio en la resorción. La OP se caracteriza por una densidad mineral ósea (DMO) baja y por cambios en la microarquitectura del hueso que dan lugar a fragilidad ósea y a un aumento del riesgo de fractura. Las células mesenquimales (MSCs) son células pluripotenciales que conservan la capacidad de diferenciarse a distintos tipos celulares incluyendo osteoblastos. En los últimos años, las MSCs han sido propuestas como candidatas para terapias celulares. No está esclarecido si las MSCs de pacientes con OP conservan su capacidad para la formación ósea in vivo y sería imprescindible aclararlo antes de plantear el empleo de estas células como una posible terapia en pacientes con OP. Por tanto, el objetivo de nuestro estudio era elucidar si las MSCs de pacientes con OP mostraban un fenotipo senescente, así como explorar su capacidad de formación ósea in vivo y la posibilidad de su empleo en el tratamiento de desórdenes esqueléticos como la ONM.
Obtuvimos MSCs de la cabeza femoral de pacientes con OP y de controles con artrosis (OA) durante cirugías de recambio de cadera. Las MSCs fueron implantadas en el tejido subcutáneo de ratones inmunodeprimidos y posteriormente se realizó un estudio histológico y de expresión de genes humanos mediante RT-PCR. En subcultivos de MSCs se realizó un estudio de expresión de genes asociados a fenotipo secretor de senescencia (SASP) así como de p16, p21 y galactosidasa. Por otro lado, intentamos desarrollar un modelo de osteonecrosis de mandíbula (ONM) inducida por bifosfonatos en ratones inmunodeprimidos para poder estudiar el posible efecto beneficioso de la administración sistémica de MSCs en este trastorno. Se extrajo el primer molar de los ratones y se le administró diferentes pautas de bifosfonato con/sin corticoides. Se realizó posteriormente un estudio radiológico e histológico para comprobar si se había producido ONM.
Se analizaron un total de 136 implantes subcutáneos obtenidos de 67 ratones diferentes. De estos implantes, 103 contenían MSCs; 47 de ellos correspondían a pacientes con OP y 56 a pacientes con OA. Globalmente, entre los implantes con MSCs, 47 (45,6%) presentaban algún grado de formación ósea, frente a solo 6 (18.2%) de los implantes sin MSCs (p=0,005). De los implantes que contenían MSCs, se observó formación ósea en un 44.7% de los implantes con células de pacientes con OP y en un 46.4% de los implantes con células de pacientes con OA (p=0.859). La expresión de genes característicos del linaje osteoblástico (colágeno, osteocalcina, fosfatasa alcalina y sialoproteína) fue similar en ambos grupos. Tampoco existieron diferencias en la expresión de los genes SASP, en la expresión de p16 ni p21 ni en la actividad de la galactosidasa asociada a la senescencia.
En cuanto al modelo de ONM, solo 1 de los 27 maxilares estudiados mostró hallazgos histológicos sugestivos de ONM.
Por tanto, nuestros resultados muestran que la capacidad de formación ósea in vivo de MSCs de pacientes con OP no fue inferior a la de controles con OA. Esto apoya el interés de estudios futuros para evaluar el beneficio potencial del uso de MSCs autólogas en pacientes con OP para procedimientos regenerativos. Con respecto al estudio de la ONM, a diferencia de los ratones inmunocompetentes, los ratones inmunodeficientes tienden a no desarrollar ONM incluso tras un insulto a la mucosa y a dosis altas de bifosfonatos. Podríamos especular que este hecho puede deberse a la propia inmunodeficiencia o a las condiciones de esterilidad en la que mantuvimos a los ratones. Estos resultados apoyan el concepto de que las condiciones endógenas juegan un papel importante en el desarrollo de la ONM.
- English
Bone is a tissue in a constant remodelling process due to the action of osteoblasts, in charge of bone formation, and osteoclasts, in charge of bone resorption. Osteoporosis (OP) is the most prevalent metabolic bone disease, and it occurs by an imbalance between bone formation and bone resorption, with a predominance of resorption. OP is characterized by a low bone mineral density (BMD) and changes in bone’s microarchitecture which lead to bone frailty and an increased risk of bone fracture. Mesenchymal stem cells (MSCs) are pluripotent cells which maintain the ability to differentiate into different cell types, including osteoblasts. In recent years, MSCs have been proposed as candidates for cell therapies. It is not clear whether MSCs from patients with OP retain their capacity for bone formation in vivo, and it would be essential to clarify this before considering the use of these cells as a possible therapy in patients with OP. Therefore, the aim of our study was to elucidate whether the MSCs of patients with OP showed a senescent phenotype, as well as to explore their capacity for bone formation in vivo and the possibility of their use in skeletal disorders such as osteonecrosis of the jaw (ONJ). We obtained MSCs from the femoral head of patients with OP and controls with osteoarthritis (OA) during hip replacement surgeries. The MSCs were implanted in the subcutaneous tissue of immunosuppressed mice and then a histological analysis and an expression study of human genes was performed by RT-PCR. A study of the expression of genes associated with senescence-secreting phenotype (SASP) as well as p16, p21 and galactosidase was carried out in subcultures of MSCs. On the other hand, we also tried to develop a model of bisphosphonate-induced osteonecrosis of the jaw (ONJ) in immunosuppressed mice in order to study the possible beneficial effect of systemic administration of MSCs in this disorder. The first molar was extracted from the mice and different regimens of bisphosphonate were administered with or without adding steroids. MicroCT and histological analysis was performed to evaluate ONJ development. A total of 136 subcutaneous implants obtained from 67 mice were analysed. Of these implants, 103 contained MSCs; 47 of them corresponded to patients with OP and 56 to patients with OA. Overall, among implants with MSCs, 47 (45.6%) had some degree of bone formation, compared to only 6 (18.2%) of implants without MSCs (p=0.005). Of the implants containing MSCs, bone formation was observed in 44.7% of the implants with cells from patients with OP and in 46.4% of the implants with cells from patients with OA (p=0.859). The expression of genes characteristic of the osteoblastic lineage (collagen, osteocalcin, alkaline phosphatase and sialoprotein) was similar in both groups. There were also no differences in the expression of SASP genes, in the expression of p16 or p21 or in the activity of galactosidase associated with senescence. Regarding the ONJ model, only 1 of the 27 maxillary bones studied showed histological findings suggestive of ONJ. Therefore, our results show that the in vivo bone formation capacity of MSCs of patients with OP was not inferior to that of controls with OA. This supports the interest of future studies to evaluate the potential benefit of using autologous MSCs in patients with OP for regenerative procedures. Regarding the ONJ model, unlike immunocompetent mice, immunodeficient mice tend not to develop ONJ even after an insult to the mucosa and high doses of bisphosphonates. We could speculate that this fact may be due to the immunodeficiency itself or to the sterile conditions in which we kept the mice. These results support the concept that endogenous conditions play an important role in the development of NMO.
- español
