Regulación de las interacciones entre células que participan en la regeneración ósea por la composición y rigidez de hidrogeles naturales

• Autores: Leila Maestro Paramio
• Directores de la Tesis: Laura Saldaña Quero (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Número de páginas: 126
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    La terapia con células madre mesenquimales (MSC) persigue la regeneración de defectos óseos y lesiones en ciertas patologías osteoarticulares, como la osteonecrosis de cabeza femoral (ONCF). Los hidrogeles de polímeros naturales constituyen una opción atractiva como vehículos para la implantación de MSC, ya que permiten recrear las características fisicoquímicas del entorno donde residen las células. En el presente trabajo, hemos investigado la influencia de la composición y rigidez de hidrogeles naturales en el comportamiento de MSC, así como en las interacciones que estas células establecen con macrófagos y osteoblastos. Para ello, se generaron hidrogeles de colágeno o fibrina con valores crecientes de módulo elástico, que incluían MSC. Observamos que las MSC en hidrogeles de colágeno poseen mayor capacidad de migración y diferenciación osteogénica que las incluidas en matrices de fibrina. El incremento en la rigidez de hidrogeles de colágeno o fibrina favoreció la secreción de factores inmunomoduladores por MSC. La composición y rigidez de los hidrogeles afectaron a la secreción de TNFα por macrófagos sembrados sobre la superficie del material, que fue mínima tras el contacto con matrices de colágeno con mayor módulo elástico, o tras la exposición a sus productos de degradación. Las MSC cultivadas tanto en hidrogeles de colágeno como de fibrina atenuaron la liberación de TNFα por macrófagos. Las propiedades de los hidrogeles donde se cocultivaron MSC y macrófagos regularon la liberación de factores quimioatrayentes de células mononucleares de sangre periférica, que mostraron una menor capacidad de migración hacia los factores liberados por cocultivos en matrices de colágeno con mayor módulo elástico.

    La información acerca de los procesos celulares que subyacen a las alteraciones óseas en pacientes con ONCF, considerada la causa más frecuente de sustitución articular en adultos jóvenes, es escasa. Por ello, hemos estudiado el comportamiento de osteoblastos obtenidos de hueso trabecular en estos pacientes. Observamos que los osteoblastos aislados de hueso trabecular de la cabeza femoral, próximo al área necrótica, poseen menor actividad metabólica y capacidad de mineralización que los aislados de la región intertrocantérica. Además, los estudios comparativos realizados entre pacientes con ONCF y pacientes con artrosis primaria, la enfermedad degenerativa articular más frecuente, indicaron que la ONCF se asocia con alteraciones en la actividad de los osteoblastos en el hueso trabecular de la región intertrocantérica. Las MSC incluidas en hidrogeles regularon de forma paracrina la actividad de osteoblastos de la cabeza femoral de pacientes con ONCF, cuya capacidad de mineralización aumentó notablemente en cocultivos con MSC en matrices de colágeno, especialmente en aquellas con mayor módulo elástico

  • English

    Mesenchymal stem cell (MSC) therapy focuses on promoting regeneration of bone defects and lesions in certain joint disorders such as the osteonecrosis of the femoral head (ONFH). Natural polymer hydrogels constitute an attractive option as carriers for MSC implantation due to their ability to mimic the physicochemical characteristics of the cellular microenvironment. This study aims to investigate the influence of composition and stiffness of natural hydrogels on MSC behaviour, as well as on the interactions between MSC with macrophages and osteoblasts. For this purpose, we generated hydrogels based on collagen and fibrin with increasing elastic modulus containing MSC. The results indicated that migration and osteogenic differentiation rate in MSC cultured in collagen hydrogels were higher than in those in fibrin matrices. Increasing matrix stiffness in both collagen and fibrin hydrogels resulted in enhanced secretion of immunomodulatory factors by MSC. Hydrogel composition and stiffness also modulated TNFα secretion by macrophages cultured on the matrices. The lowest TNFα levels were found in culture media from macrophages seeded on stiffer collagen matrices, or exposed to their degradation products. MSC loaded in both collagen and fibrin hydrogels attenuated TNFα secretion by macrophages cultured on the matrices. The release of chemoattractant factors by cocultures of MSC and macrophages in hydrogels was dependent on the material properties. Peripheral blood mononuclear cells recruitment was reduced when factors released by cocultures in stiffer collagen matrices were employed as stimulus.

    Information on the cellular processes underlying bone alterations in patients with ONFH, the main cause of hip replacement in young adults, is scarce. Therefore, we studied the behaviour of osteoblasts obtained from trabecular bone of these patients. We found that osteoblasts from trabecular bone of the femoral head, proximal to the necrotic lesion, had lower viability and mineralization capacity than those obtained from the intertrochanteric region. Moreover, comparative studies between patients with ONFH and patients with osteoarthritis, the most prevalent degenerative joint disease, showed that ONFH was associated with alterations in the activity of osteoblasts from trabecular bone of the intertrochanteric region. MSC encapsulated in hydrogels regulated osteoblast behaviour though paracrine signalling. Thus, coculturing with MSC in collagen hydrogels, particularly in those with higher elastic modulus, led to an increase in the mineralization rate of osteoblasts from the femoral head of patients with ONFH