L’adhesió cel·lular a nanoescala és un factor clau per a la producció de cartílag in vitro

Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) desenvolupen una metodologia basada en estructures de nanopatrons que milloren la diferenciació de cèl·lules mare mesenquimals en cartílag in vitro. Aquest avanç es podrà aplicar a les tècniques de regeneració del cartílag amb l’objectiu de tractar lesions.

Read more…

L’Organització Mundial de la Salut estima que més de 300 milions de persones en el món pateixen artrosi cada any. Aquesta malaltia comporta un trencament progressiu i la degradació del cartílag en les articulacions, que condueix a un dolor crònic i a una mobilitat reduïda. Un dels mètodes que actualment existeixen per reparar aquestes lesions és la implantació de condròcits (cèl·lules de cartílag) extretes del pacient. No obstant això, aquesta tècnica està limitada per l’etapa d’expansió cel·lular requerida per generar teixits de mida suficientment gran per omplir la lesió, ja que molt sovint els condròcits es desdiferencien en el cultiu. Ara, el grup d’investigació Nanobioengineering del IBEC, dirigit pel professor Josep Samitier, publica a la revista International Journal of Molecular Sciences un estudi que tracta de la generació de cartílag in vitro utilitzant cèl·lules mare mesenquimals humanes (MSCs). Aquestes cèl·lules s’han de pre-diferenciar in vitro per guiar amb èxit la diferenciació cap a condròcits quan s’insereixen en el pacient, un procés que es pot controlar mitjançant l’ajust precís de l’adhesió cel·lular al substrat durant el cultiu cel·lular. 

 

En el grup desenvolupem eines per modular les interaccions substrat-cèl·lula a la nanoescala per desxifrar el seu impacte en la generació de teixits i en el desenvolupament de malalties.

Ignasi Casanellas,

primer autor del treball i estudiant de doctorat al laboratori del professor Josep Samitier. 

 

L’estructura del nanopatró determina la correcta formació del cartílag 

Les MSCs són cèl·lules multipotents que es diferencien, entre d’altres, en condròcits. La formació de cartílag comença amb la condensació de les cèl·lules mesenquimals que migren unes envers les altres per formar agregats cel·lulars tridimensionals. En aquest treball, la condensació mesenquimal es va millorar ajustant el nivell d’adherència entre MSCs i el substrat a la nanoescala. Això promou la migració direccional de cèl·lules, contribueix a l’estabilitat mecànica dels agregats cel·lulars i millora les interaccions cèl·lula- cèl·lula, conduint a una millor formació del cartílag in vitro. Els investigadors van utilitzar MSCs derivades de teixit adipós humà, una font fàcilment accessible per a potencials aplicacions clíniques. 

L’objectiu d’aquest treball és poder reparar les lesions del cartílag usant MSCs fàcilment extretes del pacient, que s’inseriran al lloc de la lesió després de passar pel procés de precondicionament in vitro.

Anna Lagunas,

investigadora sènior del grup Nanobioengineering de l’IBEC. 

 

El grup del professor Samitier ha utilitzat nanopatrons, substrats per a la cultura cel·lular, de RGD (una seqüència tripeptidica que existeix en diverses proteïnes de la matriu extracel·lular i és responsable de l’adhesió cel·lular) per controlar i modificar l’adhesió de les MSCs durant les primeres etapes de la formació del cartílag. Mitjançant la modificació de la quantitat i l’espai entre els motius RGD en els nanopatrons, van determinar que hi ha més diferenciació quan s’utilitzen nanopatrons S90 (aquells que presenten el 90% de la seva superfície amb una distància entre els motius RGD inferior a 70 nm). Aquests nanopatrons biocompatibles, prèviament desenvolupats en col·laboració amb el Laboratorio de Dendrímeros Biomiméticos y Fotónica del Centro Andaluz de Nanomedicina y Biotecnología (Bionand), permeten ajustar l’adhesió cèl·lula-substrat i es poden generar en grans superfícies, sent doncs compatible amb el cultiu de teixits. Resultats anteriors del grup indican que els nanopatrons S90 també promouen el procés de diferenciació in vitro. Les noves troballes mostren que es necessiten nivells d’adhesió alts per promoure la condensació i viabilitat dels agregats de MSCs, destacant la importància de controlar l’adhesió cèl·lula-substrat en les estratègies d’enginyeria de teixits per a la reparació del cartílag. 

 L’estudi es va realitzar en col·laboració amb diferents grups de la xarxa CIBER-BBN (Centro de Investigación Biomédica en Red Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina): Laboratorio de Bioingeniería y Regeneración Tisular, Universidad de Malaga (LABRET-UMA). 

Article de referència: Ignasi Casanellas, Anna Lagunas, Yolanda Vida, Ezequiel Pérez-Inestrosa, José A. Andrades, José Becerra, Josep Samitier. The Janus Role of Adhesion in Chondrogenesis. Int. J. Mol. Sci. 2020.