Acción de la Vitamina D en la diferenciación osteocondral de hMSCs; potencialidad en la evaluación de biomateriales y vehículos nanoestructurados

Abstract

La osificación endocondral es un proceso de varias etapas conducente a la formación de la mayoría de los huesos del esqueleto. Tiene lugar durante el desarrollo, el crecimiento del individuo, interviene en la remodelación activa del esqueleto, en la reparación después de un insulto y en la regeneración ósea. El hueso no es un tejido estático. A lo largo de la vida se renueva de forma continua, siendo sustituido en su totalidad cada 10 años aproximadamente en el hombre adulto. Con la edad, se produce una osteopenia que conduce a la pérdida de masa ósea y que puede provocar la osteoporosis. Una de las hormonas que juega un papel fundamental, y de la cual se sabe que está descrita su acción en el esqueleto óseo, es la Vitamina D (VD). Los resultados de este trabajo demuestran que la VD reduce la velocidad de proliferación de las células madre humanas mesenquimales, y además, es la responsable de la morfología celular del citoesqueleto. Es capaz de modular la adhesión celular y los genes implicados en la diferenciación osteocondral, la actividad de la fosfatasa alcalina y los factores de transcripción del metabolismo óseo, todo en presencia de prolactina y estrógenos. También se demuestra la participación de la VD en la regulación de la vía Jak-STAT. El tratamiento de los defectos óseos ha sido objeto de controversia durante siglos. El proceso de remodelado es vital para el mantenimiento del sistema esquelético ya que, como resultado de las tensiones y fuerzas a las que está sometido normalmente, acumula microfracturas que han de ser reparadas. Estas áreas dañadas son detectadas y se inicia localmente el proceso de remodelado para su reparación. Para ello se ponen en marcha mecanismos osteoformadores con la finalidad de restaurar el tejido óseo en el lugar de la lesión. Habitualmente, la dinámica del hueso es suficiente para reconstruir los defectos comunes, no obstante, en las pérdidas mayores de masa tisular se hace necesario recurrir al aporte de sustitutivos óseos para obtener la reparación. Por eso, en este trabajo nos hemos centrado en estudiar las células madre humanas mesenquimales y en analizar su comportamiento sobre diferentes soportes de biomateriales. Los resultados sugieren que las células son capaces de diferenciar las múltiples superficies estudiadas como demuestran los cambios morfológicos y de proliferación. Las microesferas de policaprolactona y quitosano permitieron llevar a cabo estudios de condrogénesis, y los materiales micro y nano particulados, como las partículas de silicio poroso infiltradas con cobalto, demostraron no ser citotóxicos para el cultivo celular.

The endochondral ossification is a multistep process leading to the formation of most of the bones of the skeleton. It takes place during development, the growth of the individual, involved in active skeletal remodeling, repairing after an insult and during bone regeneration. The bone is not a static tissue. Throughout life bone is continuously renewed, being entirely replaced every 10 years in the adult male. With age, osteopenia occurs leading to bone loss and can cause osteoporosis. A hormone that plays a fundamental role, and which is known to the act on the skeleton, is Vitamin D (VD). The results of this study demonstrate that VD reduces the rate of proliferation of human mesenchymal stem cells, and further, is responsible for cell morphology cytoskeleton. Is capable of modulating cell adhesion and genes involved in osteochondral differentiation, ALP activity and transcription factors of bone metabolism, in the presence of estrogen and prolactin. The involvement of the VD in the regulation of the Jak-STAT pathway is also demonstrated. The treatment of bone defects has been the subject of controversy for centuries. The remodeling process is vital to the maintenance of the skeletal system and, as a result of the stresses and forces to which it is subjected, normally accumulates microfractures that must be repaired. These damaged areas are detected and the process of remodeling for repair starts locally. Osteoforming mechanisms are implemented in order to restore bone tissue at the site of injury. Typically, the dynamics of bone is sufficient to reconstruct common defects, however, greater losses in tissue mass require the supply of a bone substitute. Therefore, in this work we have focused on studying the human mesenchymal stem cells and analyzing their behavior on different biomaterial supports. The results suggest that the cells are able to differentiate the various surfaces studied as evidenced by morphological changes and proliferation. Polycaprolactone and chitosan microspheres allowed carrying out studies of chondrogenesis, and micro and nano particulate materials, such as cobalt infiltrated in porous silicon particles, proved not to be cytotoxic to the cell culture.