Potencial aplicación de la biocerámica de silicofosfato cálcico "Fase A de Nurse" en Ingeniería de Tejido Óseo. Estudios in vitro e in vivo.

En las últimas décadas se ha producido un incremento en la incidencia de problemas relacionados con la degeneración ósea y articular. El aumento de la expectativa de vida de la sociedad y el envejecimiento progresivo de la población está ligado al incremento de afecciones articulares degenerativas que requieren mayoritariamente de sustitución protésica y sus correspondientes recambios con el paso del tiempo. Además, factores externos, como los traumatismos de alta energía cinética como consecuencia de accidentes de tráfico, nos enfrentan a múltiples y complejas fracturas esqueléticas asociadas a pérdida de tejido óseo. Es por ello, que especialidades médico-quirúrgicas como la Traumatología y Cirugía Ortopédica y la Cirugía oncológica requieren de grandes técnicas de reconstrucción y del empleo de materiales para conseguir una óptima regeneración ósea. Por este motivo, uno de los retos más importantes en la actualidad en el campo de la biomedicina es obtener biomateriales capaces de promover activamente y de modo eficaz la regeneración o sustitución ósea, de forma que puedan restablecer su función. La presente Tesis Doctoral ahonda en la investigación de materiales usados para la reparación y regeneración ósea desde la perspectiva de la ingeniería de tejidos. El objetivo principal ha sido el estudio de la capacidad de la biocerámica “Fase A de Nurse”, un material formado a partir de silicato dicálcico y fosfato tricálcico (C2S - TCP) , para crear un microambiente citocompatible óptimo que permita la adhesión de ahMSCs, la proliferación y la diferenciación osteogénica, así como evaluar su comportamiento tras ser implantada en un tejido vivo. La realización de numerosos experimentos nos ha permitido concluir que la biocerámica Fase de Nurse A se comporta como un biomaterial bioactivo. Tras los ensayos de inmersión en suero fisiológico artificial (SFA), facilita la formación de una doble capa de apatita en la superficie, una capa externa que corresponde a una capa densa de hidroxiapatita deficiente en calcio (HADC) y una capa intermedia formada por HADC poroso, que recuerdan a la estructura mineralógica de los huesos. Además, esta cerámica experimental muestra propiedades biológicas apropiadas proporcionando un microentorno óptimo para la proliferación de ahMSCs y su diferenciación osteogénica. Los resultados obtenidos en términos de biocompatibilidad, adhesión y proliferación de ahMSCs, mediante ensayos directos e indirectos, demuestran que la cerámica Fase A de Nurse no ha provocado ningún efecto citotóxico, como se demuestra por la adhesión y crecimiento celular sobre el material, comparándolas con ahMSCs crecidas sobre plástico y usadas como control. Las ahMSCs, bajo la influencia de la biocerámica Fase A de Nurse, pierden marcadores de superficie típicos de células madre mesenquimales como CD73, CD90 y CD105, al mismo tiempo que comienzan a expresar los marcadores típicos osteogénicos Col I, ALP, OCN, ON, OPN y BSP. La expresión de estos últimos, es significativamente más intensa en las células que crecen bajo la influencia de la biocerámica respecto al control, y particularmente cuando se incluye suplemento osteogénico en el medio de cultivo. Los estudios realizados in vivo en conejos de la raza Nueva Zelanda (NZ) nos permiten afirmar que la biocerámica Fase A de Nurse es un material biocompatible y bioactivo. La biocerámica favorece la regeneración ósea en el sitio de implantación, no interfiere en los procesos de curación normales, y actúa como una matriz ideal para la neoformación de hueso. El material Fase A de Nurse se une directamente con el tejido óseo circundante después de ser implantado en defectos óseos experimentales contenidos en metáfisis de tibias de conejo NZ, y se comporta como una estructura conductora facilitando la colonización centrípeta del mismo por el tejido óseo neoformado, y simultáneamente es progresivamente reabsorbido o degradado y sustituido por tejido óseo neoformado. El mecanismo de unión ósea al implante es el resultado de la disolución y transformación del implante Fase A de Nurse, que provoca la formación de una nueva capa de Ca-P en la interfase del implante, y gran parte del material implantado se transforma en una fase similar al hueso desde un punto de vista morfológico y estructural. En definitiva, el material Fase A de Nurse constituye un biomaterial biocompatible con propiedades osteoconductoras, osteoinductoras y biodegradable, alcanzando las propiedades o características exigidas a los materiales destinados a la regeneración del tejido óseo, bien sea como materiales de relleno o como sustratos-scaffolds para ingeniería tisular.Medicin

In vivo partial cellular reprogramming enhances liver plasticity and regeneration.

Mammals have limited regenerative capacity, whereas some vertebrates, like fish and salamanders, are able to regenerate their organs efficiently. The regeneration in these species depends on cell dedifferentiation followed by proliferation. We generate a mouse model that enables the inducible expression of the four Yamanaka factors (Oct-3/4, Sox2, Klf4, and c-Myc, or 4F) specifically in hepatocytes. Transient in vivo 4F expression induces partial reprogramming of adult hepatocytes to a progenitor state and concomitantly increases cell proliferation. This is indicated by reduced expression of differentiated hepatic-lineage markers, an increase in markers of proliferation and chromatin modifiers, global changes in DNA accessibility, and an acquisition of liver stem and progenitor cell markers. Functionally, short-term expression of 4F enhances liver regenerative capacity through topoisomerase2-mediated partial reprogramming. Our results reveal that liver-specific 4F expression in vivo induces cellular plasticity and counteracts liver failure, suggesting that partial reprogramming may represent an avenue for enhancing tissue regeneration

Biotechnological production of reduced and oxidized NAD+ precursors

Dysregulation of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) homeostasis by increased activity of NAD+ consumers or reduced NAD+ biosynthesis plays an important role in the onset of prevalent, often age-related, diseases, such as diabetes, neuropathies or nephropathies. To counteract such dysregulation, NAD+ replenishment strategies can be used. Among these, administration of vitamin B3 derivatives (NAD+ precursors) has garnered attention in recent years. However, the high market price of these compounds and their limited availability, pose important limitations to their use in nutritional or biomedical applications. To overcome these limitations, we have designed an enzymatic method for the synthesis and purification of (1) the oxidized NAD+ precursors nicotinamide mononucleotide (NMN) and nicotinamide riboside (NR), (2) their reduced forms NMNH and NRH, and (3) their deaminated forms nicotinic acid mononucleotide (NaMN) and nicotinic acid riboside (NaR). Starting from NAD+ or NADH as substrates, we use a combination of three highly overexpressed soluble recombinant enzymes; (a) a NAD+ pyrophosphatase, (b) an NMN deamidase, and (c) a 5′-nucleotidase, to produce these six precursors. Finally, we validate the activity of the enzymatically produced molecules as NAD+ enhancers in cell culture