Los científicos han diseñado células de cartílago para producir un fármaco antiinflamatorio cuando están bajo estrés.
La droga bloqueó los efectos destructivos de la inflamación, destacando el potencial del enfoque. En el futuro, el cartílago y los tejidos de reemplazo pueden "diseñarse" para defenderse del rechazo.
Por qué "programar" el cartílago para que se cure a sí mismo
Articulaciones como las de las rodillas y las manos dependen del tejido del cartílago para evitar que los huesos se froten entre sí. El uso a lo largo de la vida puede provocar la rotura del cartílago y la dolorosa afección llamada osteoartritis.
Los síntomas de la osteoartritis pueden incluir dolor, rigidez e hinchazón en las articulaciones. Cientos de millones de adultos en todo el mundo viven con esta afección. Actualmente, no existen tratamientos para prevenir o revertir su progresión.
Los investigadores estaban interesados en cultivar nuevo cartílago en el laboratorio para poder implantarlo en las articulaciones. Sin embargo, las articulaciones con artritis contienen muchas moléculas que promueven la inflamación crónica. Esta inflamación, además del estrés físico producido por el movimiento normal, también puede destruir rápidamente el cartílago de reemplazo.
Investigación
Un grupo de investigación dirigido por el Dr. Farshid Guilak de la Universidad de Washington en St. Louis probó si las células del cartílago podrían diseñarse para protegerse de la inflamación. En un estudio de prueba de concepto, el equipo alteró las células del cartílago de los cerdos. para producir una molécula antiinflamatoria cuando está estresado.
Los resultados fueron publicado en Science Advances.
Los investigadores identificaron por primera vez una proteína llamada TRPV4 en la membrana celular del cartílago que detecta cambios dentro de las células bajo compresión. Descubrieron que TRPV4 se activa mediante un cambio en el líquido de las células llamado carga osmótica. La proteína también puede activarse mediante fuerzas mecánicas.
La reacción es notable
El equipo demostró que, en respuesta al estrés, TRPV4 activa vías genéticas específicas en las células del cartílago asociadas con la inflamación y el metabolismo.
Los investigadores han modificado estos circuitos genéticos para producir una molécula antiinflamatoria llamado antagonista del receptor de interleucina-1 (IL-1Ra). Las células con estos circuitos se cultivaron luego para formar cartílago.
Cartílago autocurativo
Cuando se exponen a fuerzas mecánicas o cargas osmóticas, las células están diseñadas produjo IL-1Ra. El momento y la duración de la producción dependían del circuito genético utilizado.
Esto sugiere que la producción podría personalizarse aprovechando diferentes vías celulares que se encienden y apagan en diferentes momentos. Cartílago que gracias a bioingeniería produce “curas” en diferentes momentos y en respuesta a diferentes tipos de solicitudes.
Finalmente, los investigadores probaron si la producción de IL-1Ra podría proteger las células del cartílago en un entorno inflamatorio. Un entorno similar al que se observa en la osteoartritis.
Por lo tanto, expusieron el cartílago diseñado tanto a una molécula inflamatoria como a una carga osmótica durante tres días.
Quien lo hace solo hace tres
Al final de ese tiempo, el cartílago que no producía IL-1Ra se estaba rompiendo. Por el contrario, el cartílago que produjo la molécula conservó su estructura y fuerza.
Estos resultados demuestran la capacidad de diseñar tejidos vivos para producir sus propios fármacos terapéuticos. "Creemos que esta estrategia podría permitirnos programar células para administrar terapias en respuesta a una variedad de problemas médicos", dice Guilak.
