El bucle biológico de “retroalimentación” contribuye a la progresión de la osteoartritis


Un desafortunado bucle biológico de “alimentación hacia adelante” impulsa las células del cartílago en una articulación artrítica para contribuir realmente a la progresión de la enfermedad, dicen los investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad de Washington en Saint Louis.

El investigador del dolor y mecanobiólogo Wolfgang Liedtke, profesor de neurología en Duke, se asoció con el ex colega de Duke y experto en cartílago Farshid Guilak, ahora en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, para examinar la actividad de los canales iónicos sensibles a la presión en el cartílago. Su estudio aparece la semana del 22 de marzo en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

El cartílago es el tejido elástico altamente lubricado y de baja fricción que recubre las superficies de las articulaciones, amortigua los movimientos y absorbe millones de ciclos de compresión mecánica. A medida que el cartílago se rompe en la dolorosa osteoartritis, los extremos de los huesos pueden unirse hueso con hueso, lo que aumenta aún más el dolor.

Las células que forman y mantienen el cartílago se denominan condrocitos, y en su superficie se pueden encontrar canales iónicos sensibles a la fuerza, denominados Piezo1 y Piezo2. En respuesta a las cargas mecánicas en la articulación, los canales piezoeléctricos envían señales a la célula que pueden cambiar la actividad genética en esa célula.

Normalmente, los condrocitos producen la matriz extracelular, las proteínas estructurales y otras biomoléculas que dan al cartílago su rigidez mecánica, elasticidad y baja fricción. Pero en la osteoartritis, la degeneración y el mal funcionamiento de estas células, que son incapaces de repararse por división celular, contribuyen a la degradación progresiva del cartílago.

Una de las otras características distintivas de la osteoartritis es la inflamación crónica de bajo grado, impulsada por una molécula de señalización llamada interleucina-1 alfa. Usando células de cartílago de cerdos y de articulaciones humanas extraídas para cirugías de reemplazo, los investigadores querían ver cómo la inflamación afecta a los condrocitos.

Descubrieron que la señalización de la interleucina le dice a la célula que produzca más canales piezoeléctricos, lo que hace que la célula sea aún más sensible a la presión y da como resultado lo que los investigadores llaman un bucle de “alimentación hacia adelante” dañino que conduce a una mayor descomposición del cartílago.

“La interleucina reprograma los condrocitos para que sean más sensibles al trauma mecánico”, dijo Liedtke. “El ciclo de alimentación hacia adelante los tritura lentamente y la celda no se puede reemplazar”.

Liedtke describe un condrocito sano como una esfera hinchable, “como una pelota de tenis”, que se mantiene rígida por su matriz interna de fibras de actina. Pero a medida que estas células pierden su capacidad para reemplazar las fibras de actina, “se vuelven más suaves, más blandas”.

Desafortunadamente, los investigadores encontraron que cuanto más blandos se vuelven, más canales Piezo se crean.

“Los canales piezoeléctricos sobreexpresados ​​hacen que el condrocito inflamado sea hipersensible a los microtraumatismos mecánicos, lo que aumenta el riesgo de lesión del condrocito inducida mecánicamente y la posterior progresión de la osteoartritis”, dijo el ingeniero biomédico, Whasil Lee, primer autor y co-autor correspondiente que se mudó del Liedtke-Lab a abre su propio laboratorio en la Universidad de Rochester

“Es el cartílago que se reprograma para hacer más daño”, dijo Liedtke.

Para una mayor confirmación, los investigadores encontraron que al bloquear la actividad de los canales piezoeléctricos, se podría revertir la blandura de los condrocitos.

La osteoartritis es la forma más común de artritis y afecta a millones de personas en todo el mundo con dolor y rigidez en las articulaciones. Se encuentra con mayor frecuencia en las rodillas, las caderas y la columna.

“Sabemos que la carga mecánica de la articulación es esencial para mantener la salud del cartílago”, dijo Guilak. “En este estudio, hemos descubierto un mecanismo por el cual la carga excesiva en condiciones inflamatorias puede crear una situación que puede conducir a una degeneración progresiva del cartílago”.

“Siempre estamos buscando mecanismos de retroalimentación como facilitadores de enfermedades crónicas”, dijo Liedtke. “Aquí encontramos uno, que nos abre la puerta para idear tratamientos modificadores de la enfermedad, actualmente inexistentes para la osteoartritis.



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