Proteínas morfogenéticas óseas (BMPs): Efecto de la proteína osteogénica-1 (OP-l/BMP-7) en la condrogénesis y osteogenesis

En la actualidad, los estudios sobre biología molecular han facilitado el análisis de ciertos factores de transformación del crecimiento tipo ß(TGF-ß)I, entre los que destaca una familia de proteínas morfogenéticas óseas (BMPs). Las técnicas de ingeniería genética han permitido replicar alguno de estos factores y localizar los genes que codifican dichas proteínas. La proteína osteogenics-1 (OP-1) ha sido caracterizada y sintetizada in vitro y muestra un elevado potencial osteogénico y condrogénico tanto in vivo como in vitro. Se presenta una revisión de los últimos avances en la aplicación experimental de las BMPs, y especialmente de la OP-1, en el área de la Cirugía Ortopédica y la TraumatologíaNowadays, molecular biology studies have promoted the bone morphogenetic proteins (BMPs) analysis. These multifunctional proteins are structurally related to transforming growth factor-6 (TGF-6). Genetic engineering techniques have allowed to sequence some of these BMPs. It has been characterized the expression and processing of osteogenic protein-1 (OP-1), a bone morphogenetic protein of the TGF-6 family. The OP-1 shows a high osteogenic and chondrogenic potential. The aim of this paper is to review some updated advances of the BMPs experimental applications, particularly OP-1, in relation to Orthopaedic Surgery and Traumatolog

Isolation, characterization and analysis of human stromal cells obtained from bone marrow

Traballo fin de mestrado (UDC.CIE). Biotecnoloxía avanzada. Curso 2016/201

Análisis comparativo de células madre mesenquimales procedentes de pacientes artrósicos y sanos en diferenciación condrogénica

Comunicaciones a congreso

Técnica de condrogénesis autóloga inducida por matriz y reconstrucción capsular en artroscopia de cadera

ResumenEn este vídeo se condensan los gestos que protocolizan un alto porcentaje de nuestros actuales casos de cirugía de preservación de cadera por artroscopia. Especialmente se trata de pacientes jóvenes con diagnóstico de choque femoroacetabular y que presentan pequeñas lesiones condrales. El vídeo muestra el tratamiento de uno de estos casos, abordado por técnica de fuera-adentro y en el que se realizan: una capsulectomía vertical con desinserción del ligamento iliofemoral (LIF); una reinserción de la lesión del labrum; una técnica autologous matrix induced chondrogenesis (AMIC) y una reconstrucción capsular mediante anclaje y suturas de convergencia de bordes.AbstractThis video shows most of the steps used in the protocol used for performing hip preservation arthroscopic surgery. Young people, in particular, are diagnosed with femoroacetabular impingement (FAI) and suffer mild chondral defects. The video shows the treatment of one of these cases. An «outside to inside» approach is used, which includes, a vertical capsulotomy and detachment of the ileo-femoral ligament, reinsertion of the labrum. An autologous matrix induced chondrogenesis (AMIC) technique was the used, and finally reconstruction of the capsule using anchors and «side to side» convergence stitches

Development of a cartilage tissue engineering construct based on hASCs spheroids differentiated under hypoxia in a chitosan/chitin nanocrystals 3D scaffold.

212 p.The generation of a cartilage tissue engineering (TE) construct is currently a viable strategy for the treatment of osteoarthritis. Such construct requires a biomaterial with optimal properties, including biocompatibility, biodegradability and porosity, among others. Natural polymers like, CH and CS are attractive building block for the development of biomaterials for TE applications. We investigated the role of the incorporation of chitin nanoforms (i.e., nanocrystals or nanofibers) into Genipin-chitosan crosslinked (GCS) matrices designed in two different shapes, 2D films and 3D porous scaffolds. The aim was to assess the potential of these biomaterials as support for L-929 murine fibroblast cell line and human adipose-derived stem cells (hASCs) growth.The incorporation of chitin nanocrystals or nanofibers on the GCS 2D films and 3D porous scaffolds displayed better swelling properties and enhanced the mechanical performance when compared to nanoform-free GCS materials. Furthermore, our data showed that these biomaterials provide topological cues to support hASCs growth. The incorporation of low concentration of chitin nanoforms, in particular,was found to be the most appropriate supports for the proliferation and adhesion of hASCs.As cell source, hASCs have shown potential for cartilage regeneration when cultured in the appropriate conditions. Moreover, it has been suggested that physiological low oxygen (hypoxia) can significantly improve hASCs adhesion, proliferation and chondrogenic differentiation while preventing their osteogenic differentiation. We first investigated the chondrogenic potential of the hASCs spheroids and demonstrated that were positive to cartilage-specific markers including collagen type II (COL2A1) and aggrecan (ACAN), while lacked expression in the osteogenic differentiation marker collagen type I (COL1A2). Moreover, hypoxia inducible factor 1¿, which positively directs COL2A1 and ACAN expression, was upregulated in chondrospheroids cultured under hypoxia.Finally, this 3D culture hypoxic system created a pro-chondrogenic environment that allowed hASCs to differentiate into the chitosan/chitin nanocrystals 3D porous scaffold producing a chondral extracellular matrix with a high sulphated glucosaminoglycan content, which is characteristic of articular cartilage. This 3D chondrogenic differentiation model mimics the in vivo cartilage environment during the embryonic development, which entails a further step in cartilage TE, having potential application for articular cartilage regeneration

Combinación de terapias celulares para la reparación de lesiones de cartílago

Programa Oficial de Doutoramento en Ciencias da Saúde. 5007V01[Resumen] El cartílago articular humano se ve afectado por diversas enfermedades reumáticas tales como la osteoartritis (OA) y presenta una capacidad de regeneración muy limitada. Las terapias celulares con células madre mesenquimales (CMMs) y de condrocitos articulares (CAs) representan un campo prometedor en la medicina reparativa de cartílago. La siguiente tesis se trata de un compendio de investigaciones diseñadas para entender mejor los procesos que llevan a la degradación de este tejido y, en especial, para desarrollar diversas estrategias que permitan una reparación mejor y más efectiva del mismo en un futuro. En el primer estudio, se examinó el efecto de la sobre-expresión de lamina A (LMNA), o su forma mutante progerina (PG), sobre el potencial de diferenciación de CMMs de cordón umbilical humano (CU). La acumulación de lamina A (LMNA) se ha asociado previamente con el fenotipo de condrocito artrósico (OA). Las mutaciones de esta proteína están ligadas a laminopatías y específicamente al Síndrome de Hutchinson-Gilford Progeria (HGPS), una enfermedad de envejecimiento acelerado. Algunos autores han propuesto que la desregulación de la LMNA afecta el potencial de diferenciación de las células madre. Nuestros resutados muestran que el potencial condrogénico es defectuoso en células que sobre-expresan PG (PG-CMMs), a pesar de que tanto éstas como las transducidas con lamina A (LMNA-CMMs, presentan un aumento de marcadores de hipertrofia durante la condrogénesis. Ambas líneas mostraron una disminución de la manganeso superóxido dismutasa (MnSODM), y alteraciones en su capacidad migratoria. Por último, los defectos en la condrogénesis se invierten parcialmente mediante incubación periódica con un agente secuestrador de ROS. Nuestros resultados indican que la sobreexpresión de LMNA y PG produce defectos en el potencial de diferenciación condrogénica debido parcialmente a un desequilibrio en el estrés oxidativo. En el segundo estudio se investigó una posible mejora de los medios condrogénicos actuales en CMMs -CU. El objetivo era determinar si las hormonas prolactina (PRL) y la 3,3'-5-triyodo-L-tironina (T3), la hormona tiroidea activa, modula la condrogénesis en nuestro modelo in vitro, y si la ruta de señalización Wnt está implicada en dicha modulación. Las CMM-CU se sometieron a condrogénesis utilizando un sistema de esferoides. La adición de T3 al medio condrogénico aumentó la expresión de genes ligados a la condrogénesis como el COL2, las integrinas alfa-10 y beta-1 (ITGα10, ITG β 1) y SOX9, según un análisis de qPCR. Los niveles de COL2, y ACAN analizados por inmunohistoquímica y tinción con Safranina O se incrementaron después de 14 días de condrogénesis en esferoide con T3, en comparación con los esferoides sin T3 o sólo con PRL. La expresión de β-catenina, Frizzled y GSK-3β fueron significativamente mayores en los esferoides cultivados con T3. Dicha mejora condrogénica se inhibió cuando las células fueron tratadas con T3 más ML151, un inhibidor del receptor de esteroides T3. Este trabajo demuestra, por primera vez, que T3 promueve la diferenciación condrogénica en nuestro modelo in vitro, y que esta diferenciación está mediada por el receptor esteroideo co-activador (SRC2). En el tercer estudio se generaron células genéticamente modificadas capaces de resistir el proceso de inflamación mediante la deleción del receptor de interleuquina 1. Las citoquinas pro-inflamatorias como la IL-1 β se encuentran en niveles elevados en tejidos enfermos o lesionados y promueven una rápida degradación tisular mientras que previenen la diferenciación de las células madre. Debido a esto unas células inmunes a sus señales podrían representan una útil estrategia en terapia celular. Se modificaron condrocitos articulares humanos (CAs) y CMM inmortalizadas (3A6) mediante el sistema CRISPR-Cas en combinación con un vector diseñado para silenciar el receptor de IL-1 β (IL1R1). Las células fueron estimuladas con rIL-1β y rTNFα en monocapa para evaluar la respuesta inflamatoria en las células IL1R1-KO. La condrogénesis se realizó en discos de alginato y con medio de diferenciación condrogénico con y sin rIL-1β. Se realizaron análisis de qPCR y western-blot para investigar la expresión de los mRNAs y proteínas de las células IL1R1-resistentes, además de una caracterización biológica y por citometría de flujo en el caso de las CMM. La expresión génica de IL1R1 se redujo significativamente en las células modificadas. La adición de rIL-1β no aumentó la expresión de IL-1B, IL-6 y IL-8 en las células IL1R1-KO mientras que si lo hizo de manera significativa en las células control no editadas. Los estudios de diferenciación condrogénica indicaron que las células IL1R1-KO en presencia de rIL-1β alcanzan un nivel de rediferenciación/diferenciación equivalente o similar al de los controles en ausencia de rIL-1β, y presentaban un significativo aumento en expresión de los genes SOX9, ACAN y COL2A1. En presencia de rIL-1β se observó que en las células control aumentaba la expresión de los genes IL-1β, IL6 y IL8, mientras que la transcripción y síntesis de los genes SOX9, ACAN y COL2A1 fue bloqueada. En contraste, IL-1B, IL-6 y IL8, no aumentaron en las células IL1R1-KO, y el efecto inhibitorio de rIL-1β sobre los genes SOX9, ACAN y COL2A1 fue suprimido totalmente. El cuarto estudio trata de un modelo animal en primates, en el que estudiamos el proceso de migración específica de CMM de membrana sinovial desde el torrente sanguíneo hasta las articulaciones lesionadas. Inyectamos por vía intravenosa y directamente en la articulación de los animales una población enriquecida en células madre mesenquimales CD105+ (CD105+-CMM) de membrana sinovial humana. Las CD105+-CMM se marcaron con oxacarbocianina (DiO) cuando se inyectaron por vía intravenosa (IV) u octadecil (C18) indocarbocianina (DiI) cuando se inyectaron intra-articularmente (IA) directamente en la rodilla, para seguir sus evoluciones y localización a través de los animales. Los animales utilizados fueron Macaca Fascicularis adultos a los que se les provocó una lesión en la rodilla izquierda para crear un modelo animal de osteoartritis (OA). La rodilla derecha se utilizó como control. Se inyectaron CD105+-CMM dos veces en los monos OA con un intervalo de una semana entre ellos. Los animales se sacrificaron un mes después del tratamiento. El análisis inmunohistoqumico de diferentes órganos: bazo, corazón, grasa, hígado, intestino, páncreas, pulmón, músculo esquelético y riñón de los animales reveló que las CD105+-CMM migraron hacia la articulación dañada. Algunas células marcadas fueron encontradas en el bazo, pulmón, hígado y ganglios. No se encontraron teratomas. Se encontró un aumento significativo de CMM nativas en la rodilla lesionada frente a la sana. Las células CD105 +-CMM resultaron negativas para CD68 y el área donde se encontraron presentó un aumento de SDF-1 frente a la rodilla sana. Este estudio se validó mediante la inyección células marcadas con GFP mediante transducción lentiviral y los resultados fueron similares. Concluimos que la población CD105+-CMM fue reclutada por la rodilla dañada y podría ser una alternativa segura para la terapia celular en patologías claramente localizadas como la OA de rodilla.[Resumo] A cartilaxe articular humana vese afectada por varias enfermidades reumáticas como a osteoartrosis (OA) e ten unha capacidade de rexeneración moi limitada. As terapias celulares con células estaminais mesenquimais (CSMs) e condrócitos articulares (CAs) representan un campo esperanzador na medicina reparadora da cartilaxe. A seguinte tese é un compendio de investigacións deseñadas para entender mellor os procesos que levan á degradación deste tecido e, sobre todo, para desenvolver diversas estratexias para unha mellor e máis eficaz reparación do mesmo no futuro. No primeiro estudo, foi examinado o efecto sobre-expresión de lamina A (LMNA) ou a súa variante mutante proxerina (PG) sobre o potencial de diferenciación das CSMs procedentes de cordón umbilical humano (CU). A acumulación de lámina A (LMNA) foi previamente asociada ó fenotipo de condrócitos artrósicos (OA). As mutacións nesta proteína están ligadas a laminopatias e, especialmente, ó síndrome de Hutchinson-Gilford (HGPS), unha enfermidade de envellecemento acelerado. Algúns autores suxeriron que a desregulación da LMNA afecta o potencial de diferenciación das células estaminais. O noso conxunto de resultados mostra que o potencial condroxénico é defectuoso en células que sobre-expresan PG (PG-CSMs), e que as transduzidas con lámina A (LMNA-CSMs) presentan un aumento nos marcadores de hipertrofia durante condroxénese. Ambas liñas mostraron unha diminución de manganeso superóxido-dismutasa (MnSODM), e cambios na súa capacidade migratoria. Por último, os defectos na condroxénese foron parcialmente revertidos coa incubación periódica cun axente de eliminación de ROS. Os nosos resultados indican que a sobre-expresión de LMNA e PG produce defectos no potencial de diferenciación condrogénica, en parte, debido a un desequilibrio no estrés oxidativo. No segundo estudo, investigouse unha posible mellora nos medios condroxénicas actuales para CSMs-CU. O obxectivo era determinar se as hormonas prolactina (PRL) e 3,3'-5-triiodo-L-tironina (T3), a hormona activa da tiroide, modula a condroxénese no noso modelo in vitro, e se a vía de sinalización Wnt toma parte na referida modulación. As CSMs-CU sometéronse a condroxénese usando un sistema de esferóides. A adición de T3 no medio condroxénico aumentou a expresión de xenes ligados á condroxénese como Col2, integrinas alfa-10 e beta-1 (ITGα10, ITG β 1) e SOX9, segundo a análise por qPCR. Os niveis de COL2, e ACAN analizados por inmuno-histoquímica e tintura con safranina O aumentaron tras 14 días de condroxénese en esferoides con T3, en comparación cos esferóides sen T3 ou con PRL. A expresión de β -catenina, a GSK-3β Frizzled e foron significativamente maiores nos esferóides cultivados con T3. Tales melloras inhibíase cando as células foron tratadas con T3 máis ML151, un inhibidor do receptor esteroideo de T3. Este traballo demostra, por primeira vez que T3 promove a diferenciación condrogénica no noso modelo in vitro, e esta diferenciación é mediada polo receptor de esteroides coactivator (SRC2). No terceiro estudo, xeramos células modificadas xeneticamente, capaces de resistir o proceso de inflamación por supresión do receptor da interleucina 1. As citocinas pro-inflamatorias, como IL-1 β son elevados en tecidos enfermos ou feridos e promoven a rápida degradación do tecido, evitando ademáis a diferenciación de células estaminais. Debido a esto as células inmunes aos seus sinais poden representar unha estratexia útil en terapia celular. Condrócitos articulares humanos (CAs) e células estaminais mesenquimais foron xenéticamente editadas mediante o sistema CRISPR-Cas en combinación con un vector deseñado para silenciar o receptor de IL-1 β (IL-1R1). As células foron estimuladas con IL-1β e TNFα en monocapa para avaliar a resposta inflamatoria nas células IL-1R1-KO. A condroxénese realizouse en discos de alxinato con medio condroxénico sen e con IL-1β. Leváronse a cabo análises de qPCRs e western- blot para investigar a expresión dos ARNm e proteínas nas células resistentes a IL1R1. A expresión do xen IL1R1 foi significativamente reducida nas células modificadas. A adición de IL-1β non aumentou a expresión de IL-1B, IL-6 e IL-8 nas células IL-1R1-KO mentres que so o fixo nas células control non editadas. Os estudos de diferenciación condroénica indican que as células de IL1R1-KO en presenza de IL-1β atinxen un nivel de diferenciación/rediferenciación equivalente ou similar ós cos controis en ausencia de IL-1β, e mostraron un aumento significativo na expresión de xenes SOX9 , ACAN e COL2A1. En presenza de IL-1β, as células control aumentaron á expresión dos xenes IL-6 e IL-8, mentres a transcrición e síntese de SOX9, ACAN e COL2A1 foi bloqueada. En contraste, a IL-1B, IL-6 e IL-8, non aumentou nas células IL-1R1-KO, e o efecto inhibidor de IL-1β en SOX9, ACAN e COL2A1 foi suprimido por completo. O cuarto estudo é un modelo animal en primates. Estudouse o proceso de migración espécifica de CSMs de membrana sinovial dende o torrente sanguíneo ás articulacións danadas. Inxectamos intravenosamente e directamente na articulación unha poboación de CSMs positivas para o marcador de superfície CD105 (CD105+-CSM). As células marcáronse con oxacarbocyanine (DIO) cando eran inxectadas por vía intravenosa (IV) ou octadecilo (C18) indocarbocianina (DII), cando a inxección era intra-articular (IA) directamente ao xeonllo, para seguir os seus movementos e situación través dos animais. Os animais utilizados foron Macaca fascicularis adultos ós que provocóuselles unha lesión no xeonllo esquerdo para crear un modelo animal osteoartrósico (OA). O xeonllo dereito foi usado como control. As células CD105 + marcadas inxectaronse dúas veces cun intervalo dunha semana. Os animais foron sacrificados un mes despois do tratamento. O análise inmunohistoqumico de diferentes órganos: bazo, corazón, graxa, fígado, intestino, páncreas, pulmón, músculo esquelético e ril revelaron que as CD105 +-CMM migrado cara á articulación danada. Algunhas células marcadas foron atopados nos nódulos do bazo, pulmón, fígado e nódulos linfáticos. Non se atoparon teratomas. Apareceu un aumento significativo de CSM nativas no xeonllo lesionado frente ó sano. As células CD105+-CMM foron negativas para CD68 e a zona onde se atoparon mostrou un aumento de SDF-1 en comparación co xeonllo saudable. Este estudo foi validado por inxección de células macadas con GFP e os resultados foron semellantes. Concluímos que a poboación CD105+-CSM foi reclutada polo xeonllo danado e que pode ser unha alternativa segura para a terapia celular en patoloxías claramente situadas coma a OA de xeonllo.[Abstract] Human articular cartilage is affected by several rheumatic diseases such as osteoarthritis (OA) and has a very limited regeneration capacity. Cell therapies with mesenchymal stem cells (MSCs) and articular chondrocytes (ACs) represent a promising field in cartilage repair medicine. The following thesis is a compendium of researches designed to better understand the processes that lead to the degradation of this tissue and, especially, to develop strategies to get a better repair in the future. In the first study, we examined the effect of the over-expression of LMNA, or its mutant form progerin (PG), on the mesoderm differentiation potential of mesenchymal stem cells (MSCs) from human umbilical cord (UC) stroma using a recently described differentiation model employing spheroid formation. Accumulation of lamin A (LMNA) was previously associated with the osteoarthritis (OA) chondrocyte phenotype. Mutations of this protein are linked to laminopathies and specifically to Hutchinson–Gilford Progeria Syndrome (HGPS), an accelerated aging disease. Some authors have proposed that a deregulation of LMNA affects the differentiation potential of stem cells. The chondrogenic potential is defective in PG-MSCs, although both PG and LMNA transduced MSCs, have an increase in hypertrophy markers during chondrogenic differentiation. Furthermore, both PG and LMNA-MSCs showed a decrease in manganese superoxide dismutase (MnSODM), an increase of mitochondrial MnSODM-dependent reactive oxygen species (ROS) and alterations in their migration capacity. Finally, defects in chondrogenesis are partially reversed by periodic incubation with ROS-scavenger agent that mimics MnSODM effect. Our results indicate that over-expression of LMNA or PG by lentiviral gene delivery leads to defects in chondrogenic differentiation potential partially due to an imbalance in oxidative stress. The second study, aimed to determine whether lactogenic hormone prolactin (PRL) or 3, 30 , 5-triiodo-L-thyronine (T3), the active thyroid hormone, modulates chondrogenesis in our in vitro model of directed chondrogenic differentiation, and whether Wnt signalling is involved in this modulation. MSCs from human umbilical cord stroma underwent directed differentiation toward chondrocyte-like cells by spheroid formation. The addition of T3 to the chondrogenic medium increased the expression of genes linked to chondrogenesis like collagen type 2, integrin alpha 10 beta 1, and Sox9 measured by quantitative real time polymerase chain reaction (qPCR) analysis. Levels of collagen type 2 and aggrecane analyzed by immunohistochemistry, and staining by Safranin O were increased after 14 days in spheroid culture with T3 compared to those without T3 or only with PRL. B-catenin, Frizzled, and GSK-3b gene expressions were significantly higher in spheroids cultured with chondrogenic medium (CM) plus T3 compared to CM alone after 14 days in culture. The increase of chondrogenic differentiation was inhibited when the cells were treated with T3 plus ML151, an inhibitor of the T3 steroid receptor. This work demonstrates, for first time, that T3 promotes differentiation towards chondrocytes-like cells in our in vitro model, that this differentiation is mediated by steroid receptor co-activator 2 (SRC2) and does not induce hypertrophy. In the third study, genetically modified cells capable of resisting the inflammation process were generated by deletion of the interleukin 1 receptor. Pro-inflammatory cytokines such as IL-1β are found in elevated levels in diseased or injured tissues and promote rapid Tissue degradation while preventing the differentiation of stem cells. Because of this cells immune to their signals could represent a useful strategy in cell therapy. Human articular chondrocytes (CAs) and immortalized CMM (3A6 line) were modified by the CRISPR-Cas system in combination with a vector designed to silence the IL-1β (IL1R1) receptor. Cells were stimulated with rIL-1β and rTNFα in monolayer to evaluate the inflammatory response in IL1R1-KO cells. Chondrogenesis was performed on alginate disks and with chondrogenic differentiation medium with or without rIL-1β. qPCR and western blot analyzes were performed to investigate the expression of the mRNAs and proteins of IL1R1-resistant cells, in addition to a biological characterization and by flow cytometry in the case of CMM. Gene expression of IL1R1 was significantly reduced in the modified cells. The addition of rIL-1β did not increase the expression of IL-1B, IL-6 and IL-8 in IL1R1-KO cells whereas it did significantly in the unedited control cells. Chondrogenic differentiation studies indicated that IL1R1-KO cells in the presence of rIL-1β reach a level of redifferentiation / differentiation equivalent similar to controls in the absence of rIL-1β, and exhibited a significant increase in expression of SOX9, ACAN and COL2A1 genes. In the presence of rIL-1β it was observed that in the control cells the expression of the IL-1β, IL6 and IL8 genes increased, whereas the transcription and synthesis of the SOX9, ACAN and COL2A1 genes was blocked. In contrast, IL-1B, IL-6 and IL8 did not increase in IL1R1-KO cells, and the inhibitory effect of rIL-1β on the SOX9, ACAN and COL2A1 genes was completely suppressed. In the last study , we have injected via intravenous and directly into the monkey joint a CD105+ enriched population of mesenchymal stem cells (CD105+-MSCs) from human synovial membrane, previously characterized by flow cytometry. CD105+-MSCs were labelled with oxacarbocyanine (DiO) when they were injected via intravenous (IV) and with octadecyl (C18) indocarbocyanine (DiI) when they were intra-articular (IA) injected directly into the knee, to follow their evolutions and location through the animals. The animal models used were adult Macaca Fascicularis which had been injured into the left knee to create an Osteoarthritis (OA) animal model and the right knee was used as control. CD105+-MSCs were injected twice into the OA monkeys with an interval of one week between them. The animals were sacrificed one month after treatment. Immunohistochemistry analysis of different organs: spleen, heart, fat, liver, gut, pancreas, lung, skeletal muscle and kidney from the animals revealed that CD105+-MSCs migrated towards the injured knee joint. Some labelled cells were found in the spleen, lung, liver and ganglion and teratomes were not found in any organs from any animals. MSCs naive were found statistically significant increased in the injured knee in front of healthy one. CD105+-MSCs were negatives for CD68 and the area where CD105+-MSCs were found presented SDF-1 increased levels in front of healthy knee. This study was validated injecting gene modified MSCs expressing GFP in OA monkeys and the results were similar. We concluded that a characterized MSCs subset could be a safer alternative for cell therapy in clearly localized pathologies as osteoarthritis in the knee

Diferenciación condrogénica "in vitro" de biomateriales de fibrina y células madre mesenquimales inmortalizadas

[Resumen] Objetivos: 1) Obtener distintas formulaciones combinando células CMMh-3A6 con biomateriales procedentes de PRP o PRFC y 2) estudiar el proceso de condrogénesis de las células CMMh-3A6 en dichas formulaciones. Metodología: las células CMMh-3A6 fueron embebidas o sembradas en biomateriales de PRP o PRFC, que se mantuvieron en cultivo en medio condrogénico o en medio control durante 4, 7, 14 y 21 días. Las tinciones histoquímicas y la expresión relativa de los genes COLI, COLII, SOX9 y ACAN se utilizaron para seleccionar el formato (2D o 3D) y la dosis celular (5·104, 105 y 5·105) más adecuados. Se realizaron tinciones inmunohistoquímicas para angiogenina, CD34 y CD31 y se analizó la expresión de los genes VWF y CDH5 para valorar la diferenciación angiogénica. Finalmente se comparó la actividad celular y el grado de condrogénesis en el biomaterial seleccionado con respecto a un biomaterial cultivado en medio control, un control de condrogénesis 3D en una matriz inerte de agarosa y un control de condrogénesis en monocapa. Resultados: la expresión de COLII, SOX9 y ACAN fue más intensa y sostenida en los biomateriales 3D, en los que las tinciones histoquímicas permitieron ver que las células producían activamente MEC cartilaginosa. La positividad de las tinciones para angiogenina y CD34 y la elevada expresión de VWF demostraron la existencia de angiogénesis en dichos biomateriales. La actividad celular y la condrogénesis fueron similares en los biomateriales de PRP y PRFC, y superiores a las detectadas en los biomateriales cultivados en medio control, los controles 3D de agarosa y los controles en monocapa. La degradación por fibrinólisis fue muy intensa. Conclusiones: los biomateriales 3D de PRP y PRFC son más adecuados que los biomateriales 2D para la diferenciación condrogénica de las células. En ellos se produce una importante fibrinólisis y los FC aportados por el plasma y las plaquetas parecen contribuir a la condrogénesis, aunque también parecen provocar una inducción angiogénica.[Resumo] Obxectivos: 1) Obter distintas formulacións combinando células CMMh-3A6 con biomateriais procedentes de PRP ou PRFC e 2) estudar o proceso de condroxénese das células CMMh-3A6 en ditas formulacións. Metodoloxía: as células CMMh-3A6 foron embebidas ou sementadas en biomateriais de PRP ou PRFC, que se mantiveron en cultivo en medio condroxénico ou en medio control durante 4, 7, 14 e 21 días. As tinguiduras histoquímicas e a expresión relativa dos xenes COLI, COLII, SOX9 e ACAN utilizáronse para seleccionar o formato (2D ou 3D) e a dose celular (5·104, 105 y 5·105) máis axeitados. Realizáronse tinguiduras inmunohistoquímicas para anxioxenina, CD34 e CD31 e analizouse a expresión dos xenes VWR e CDH5 para valorar a diferenciación anxioxénica. Finalmente comparouse a actividade celular e o grao de condroxénese no biomaterial seleccionado con respecto a un biomaterial cultivado en medio control, un control de condroxénese 3D nunha matriz inerte de agarosa e un control de condroxénese en monocapa. Resultados: a expresión de COLII, SOX9 e ACAN foi máis intensa e sostida nos biomateriais 3D, nos que as tinguiduras histoquímicas permitiron ver que as células producían activamente MEC cartilaxinosa. A positividade das tinguiduras para anxioxenina e CD34 e a elevada expresión de VWF demostraron a existencia de anxioxénese en ditos biomateriais. A actividade celular e a condroxénese foron similares nos biomateriais de PRP e PRFC, e superiores ás detectadas nos biomateriais cultivados en medio control, nos controis 3D de agarosa e nos controis en monocapa. A degradación por fibrinólise foi moi intensa. Conclusións: os biomateriais 3D de PRP e PRFC son máis adecuados que os biomateriais 2D para a diferenciación condroxénica das células. Neles prodúcese unha importante fibrinólise e os FC aportados polo plasma e as plaquetas parecen contribuír á condroxénese, aínda que tamén parecen provocar unha indución anxioxénica.[Abstract] Objectives: 1) To obtain different formulations combining CMMh-3A6 cells with PRP or PRFC-derived biomaterials and 2) to study CMMh-3A6 cells chondrogenesis in these formulations. Methods: CMMh-3A6 cells were embedded in or seeded on PRP or PRFC biomaterials, which were cultured for 4, 7, 14 and 21 days. Histochemical staining and COLI, COLII, SOX9 and ACAN genes relative expressions were used to select the more suitable format (2D or 3D) and cell dose (5·104, 105 y 5·105). Angiogenin, CD34 and CD31 immunohistochemical staining, as well as VWF and CDH5 gene expression analysis were performed in order to assess angiogenic differentiation. Finally, cell activity and chondrogenesis extent in the selected biomaterials were compared with those of a control media-cultured biomaterial, a chondrogenic 3D, inert, agarose matrix and a chondrogenic monolayer control. Results: 3D biomaterials showed a higher and more sustained COLII, SOX9 and ACAN gene expression and their cells actively produced cartilaginous MEC, as seen using histochemical staining. VWF high expression and angiogenin and CD34 positivities also suggest an incipient angiogenesis in these biomaterials. Cell activity and chondrogenesis were similar in both PRP and PRFC biomaterials, and better than those detected in control-media cultured biomaterials, agarose 3D controls and monolayer controls. Fibrinolysis was very pronounced. Conclusions: 3D PRP and PRFC biomaterials are more suitable than 2D biomaterials for chondrogenic CMMh-3A6 differentiation. They suffer an important fibrinolysis and their plasma and platelet-derived growth factors seem to contribute to chondrogenesis, as well as to induce angiogenesis.Traballo fin de mestrado (UDC.FCS). Asistencia e investigación sanitaria. Especialidade en fundamentos de investigación biomédica. Curso 2013/201

Mecanismos moleculares en metaplasia osteocartilaginosa vascular: revisión sistemática

Introducción: Las metaplasias cartilaginosas y óseas que ocurren tanto en el corazón como en los vasos sanguíneos, son consecuencia de factores de riesgo o enfermedades crónicas que gradualmente afectan negativamente el desempeño de una persona en la sociedad y que corresponden a signos clínicos reversibles en estadíos tempranos o intermedios de las alteraciones. Objetivo: Establecer la manera en que los mecanismos moleculares fundamentan los crecientes cambios metaplásicos vasculares y los posibles aspectos de tratamiento y prevención. Materiales y métodos: Se realizó una revisión sistemática mediante la búsqueda de artículos indexados en las bases de datos PubMed, Scopus y Science Direct entre 1995 a 2015. Los descriptores MeSH utilizados fueron metaplasia and vascular calcification, a los que se asociaron los términos de molecular mechanisms, condrogenic and osteogenic. Resultados y discusión: Múltiples factores influyen en el cambio metaplásico, en especial los pro-inflamatorios asociados a la oxidación vascular y la presencia de radicales libres, cuyo desarrollo es reversible mediante el tratamiento con antioxidantes y las modificaciones en el estilo de vida, así como la prevención secundaria al existir un diagnóstico de enfermedad crónica degenerativa.  Conclusión: La literatura evidencia que los factores que reduzcan el estrés oxidativo tisular y que promuevan el mantenimiento del fenotipo vascular son protectores y/o reductores de las formaciones metaplásicas osteocartilaginosas.</p

Development of a cartilage tissue engineering construct based on hASCs spheroids differentiated under hypoxia in a chitosan/chitin nanocrystals 3D scaffold.

212 p.The generation of a cartilage tissue engineering (TE) construct is currently a viable strategy for the treatment of osteoarthritis. Such construct requires a biomaterial with optimal properties, including biocompatibility, biodegradability and porosity, among others. Natural polymers like, CH and CS are attractive building block for the development of biomaterials for TE applications. We investigated the role of the incorporation of chitin nanoforms (i.e., nanocrystals or nanofibers) into Genipin-chitosan crosslinked (GCS) matrices designed in two different shapes, 2D films and 3D porous scaffolds. The aim was to assess the potential of these biomaterials as support for L-929 murine fibroblast cell line and human adipose-derived stem cells (hASCs) growth.The incorporation of chitin nanocrystals or nanofibers on the GCS 2D films and 3D porous scaffolds displayed better swelling properties and enhanced the mechanical performance when compared to nanoform-free GCS materials. Furthermore, our data showed that these biomaterials provide topological cues to support hASCs growth. The incorporation of low concentration of chitin nanoforms, in particular,was found to be the most appropriate supports for the proliferation and adhesion of hASCs.As cell source, hASCs have shown potential for cartilage regeneration when cultured in the appropriate conditions. Moreover, it has been suggested that physiological low oxygen (hypoxia) can significantly improve hASCs adhesion, proliferation and chondrogenic differentiation while preventing their osteogenic differentiation. We first investigated the chondrogenic potential of the hASCs spheroids and demonstrated that were positive to cartilage-specific markers including collagen type II (COL2A1) and aggrecan (ACAN), while lacked expression in the osteogenic differentiation marker collagen type I (COL1A2). Moreover, hypoxia inducible factor 1¿, which positively directs COL2A1 and ACAN expression, was upregulated in chondrospheroids cultured under hypoxia.Finally, this 3D culture hypoxic system created a pro-chondrogenic environment that allowed hASCs to differentiate into the chitosan/chitin nanocrystals 3D porous scaffold producing a chondral extracellular matrix with a high sulphated glucosaminoglycan content, which is characteristic of articular cartilage. This 3D chondrogenic differentiation model mimics the in vivo cartilage environment during the embryonic development, which entails a further step in cartilage TE, having potential application for articular cartilage regeneration