American Academy of Osteopathy
Resumen
Fondo
A pesar de la alta incidencia de fracturas y pseudoartrosis en la población anciana, no se ha dilucidado el papel potencial del uso de células madre mesenquimales (MSC) en el tratamiento de defectos óseos en pacientes de edad avanzada. La inflamación y el sistema inmunitario innato, incluidos los macrófagos, desempeñan funciones cruciales en la diferenciación y activación de las MSC. Hemos desarrollado interleucina 4 transducida por lentivirus (IL4) que sobreexpresan MSC (IL4-MSC) para polarizar macrófagos a un fenotipo M2 para promover la curación ósea en un modelo de defecto óseo de tamaño crítico murino joven establecido. En el estudio actual, exploramos el potencial de las IL4-MSC en ratones de edad avanzada.
Métodos
Se creó un defecto óseo diafisario femoral de 2 mm y se fijó con un dispositivo de fijación externo en ratones BALB/c machos y hembras de 15 a 17 meses de edad. Se implantaron andamios (Sc) de microcintas (µRB) con o sin encapsulación de MSC en los sitios defectuosos. En consecuencia, los ratones se dividieron en tres grupos de tratamiento: solo Sc, Sc + MSC y Sc + IL4-MSC. Los ratones fueron sacrificados seis semanas después de la cirugía; posteriormente, se realizaron análisis MicroCT (µCT), histoquímicos e inmunohistoquímicos.
Resultados
El análisis µCT reveló que la formación ósea mejoró notablemente en el grupo IL4-MSC. En comparación con Sc-solo, la cantidad de hueso nuevo aumentó en los grupos Sc + MSC y Sc + IL4-MSC. Sin embargo, no se observaron puentes óseos en todos los grupos. La tinción con H&E mostró tejido fibroso dentro del defecto en todos los grupos. La tinción con fosfatasa alcalina (ALP) aumentó en el grupo Sc + IL4-MSC. El grupo Sc + IL4-MSCs mostró una disminución en el número de macrófagos M1 y un aumento en el número de macrófagos M2, con un aumento significativo en la relación M2/M1.
Discusión
IL4 promueve la polarización de los macrófagos a un fenotipo M2, lo que facilita la osteogénesis y la vasculogénesis. La adición de IL4-MSC en los macrófagos polarizados del andamio µRB a un fenotipo M2 y una mayor formación ósea; sin embargo, no se observó un puente óseo completo en ninguna muestra. Estos resultados sugieren que las IL4-MSC son insuficientes para curar un defecto óseo de tamaño crítico en ratones de edad avanzada, a diferencia de los animales más jóvenes. Se necesitan estrategias terapéuticas adicionales en este escenario clínico desafiante.
El estudio
El envejecimiento tiene un impacto negativo en la consolidación ósea y es un factor de riesgo para la unión retrasada y la falta de unión [ 1 ]. Además de la alta prevalencia de fracturas en los ancianos, la falta de unión y la unión retrasada son causas importantes de morbilidad y mortalidad postraumática [ 1 , 2 ]. Por lo tanto, mejorar los métodos de tratamiento para promover la cicatrización ósea en los ancianos sigue siendo un problema urgente y una necesidad clínica insatisfecha.
Un tratamiento prometedor es el uso de células madre mesenquimales (MSC) para tratar fracturas y ha llamado mucho la atención. Se han informado investigaciones sobre la implantación local de MSC para promover la cicatrización ósea [ 3 , 4 , 5 ]. Sin embargo, el envejecimiento induce varios efectos perjudiciales en las MSC y el huésped [ 6 , 7 , 8 ]. Pocos estudios han examinado la eficacia de las terapias basadas en MSC en modelos de fractura en animales de edad avanzada.
Anteriormente, desarrollamos un método terapéutico para introducir MSC en sitios con defectos óseos mezclando las MSC con un andamio basado en microcintas de gelatina (µRB) (Sc). Este andamio es poroso y proporciona soporte estructural sin inhibir los enlaces cruzados entre las células. El Sc facilita la entrega eficiente de células madre y la supervivencia celular [ 9 , 10 , 11 , 12 ]. Además, en un modelo de ratón con defecto óseo craneal, las MSC administradas con µRB-Sc promovieron el crecimiento interno vascular, la condrogénesis y la osteogénesis más que las MSC solas [ 9 , 10 , 11 , 12 ].
Deben considerarse otros factores que afectan a las MSC en la consolidación ósea. El sistema inmunitario, incluidos los macrófagos, es esencial para la curación de las fracturas [ 12 , 13 , 14 , 15 ]. El hematoma producido por la lesión ósea inicia una respuesta inflamatoria, migración celular y diafonía intercelular [ 16 ]. El entorno proinflamatorio que incluye una variedad de citocinas como la interleucina (IL)1, IL6 y el factor de necrosis tumoral (TNF)-alfa induce a los macrófagos M0 vírgenes a polarizarse en un fenotipo proinflamatorio M1, lo que lleva a la liberación de citocinas y quimiocinas, que son necesarias para que progrese la cicatrización de los huesos [ 12]. Al mismo tiempo que la inflamación, los macrófagos también secretan factores de crecimiento y quimiocinas, como el factor de crecimiento transformante beta (TGFβ) y el factor de crecimiento similar a la insulina (IGF), que son fundamentales durante la fase inflamatoria de la cicatrización ósea [ 15 , 16 ]. Después de que la inflamación cede en el momento apropiado, comienza la fase de reparación. Los macrófagos se polarizan a un fenotipo M2 y contribuyen a la reparación de tejidos [ 17 ].
Se ha informado que la polarización de los macrófagos a un fenotipo M2 puede ser promovida por IL4 e IL13 [ 18 , 19 , 20 ]. Hemos creado MSC que sobreexpresan IL4 (IL4-MSC) usando vectores lentivirales para una fuerte expresión sostenida de IL4 [ 20 ]. Además, de acuerdo con el hecho de que se requiere un período de inflamación aguda para la curación después de la fractura, descubrimos que la supresión de la inflamación a las 72 h después de la lesión es óptima para acelerar la curación de la fractura [ 21 ]. Por lo tanto, en nuestro modelo de defecto óseo de tamaño crítico diafisario femoral establecido [ 22], se implantaron IL4-MSC dentro de andamios µRB 3 días después de las cirugías primarias. En ratones machos y hembras jóvenes, el tratamiento con MSC dentro de Sc facilitó la curación ósea en este modelo; IL4-MSC también facilitó la formación de hueso al promover la polarización de los macrófagos M2 [ 23 , 24 ].
Los macrófagos M1 de ratones ancianos tienen niveles más altos de expresión de TNF-alfa en reposo que los de ratones jóvenes y los macrófagos M1 responden más fuertemente a los estímulos inflamatorios y expresan niveles más altos de citocinas que los ratones jóvenes [ 6 ]. Estos factores pueden contribuir a la inflamación prolongada y al aumento de la incidencia de curación tardía de fracturas en los ancianos. En el estudio actual, exploramos los posibles efectos antiinflamatorios de las IL4-MSC para facilitar la curación de defectos óseos en ratones de edad avanzada.
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Fuente: immunityageing.biomedcentral.com