Detalle:

Introducción:

La artrosis (OA) es una enfermedad articular de elevada prevalencia y sin cura conocida. A pesar de los avances en el campo, aún no se dispone de modelos in vitro e in vivo capaces de reproducir con precisión la complejidad del tejido osteocondral humano. Este estudio aborda dos necesidades en la OA, el desarrollo de un modelo fisiológicamente relevante y el estudio de alteraciones moleculares. Se valida una plataforma microfluídica, Osteocondral Tissue-On-a-Chip, desarrollada con tejido humano artrósico, que represente las características fisiopatológicas y funcionalidad del tejido. Además, se investigan alteraciones en la artrosis de glipicanos (GPC1-6) y Notum a partir de plasma, BM-MSCs y durante su diferenciación osteogénica. Notum es un regulador negativo de Wnt, aumentado en la OA, y se plantea evaluarlo en el chip para restaurar el equilibrio tisular artrósico.

Materiales y métodos:

1. Se cultivaron tejidos osteocondrales obtenidos de cirugías de reemplazo de rodilla de pacientes con OA en un dispositivo microfluídico, evaluando por fluorescencia los gradientes de oxígeno y glucosa. La viabilidad se analizó mediante LDH comparado con cultivo en placa. La integridad tisular en el chip se evaluó durante 70 días midiendo GAGs, ALP, Coll2-1 y PIINP.
2. Se midieron GPC1-6 y Notum en plasma de 25 pacientes y 24 donantes sanos. BM-MSCs de 8 pacientes con OA y 8 controles se cultivaron 21 días en medio estándar y osteogénico, analizando expresión génica y proteica por qPCR y ELISA.
3. Se evaluó la adición de Notum en el chip a distintas concentraciones (0, 0.1, 1, 5, 10 y 20 μg/ml) midiendo citotoxicidad (LDH) y respuesta tisular (BALP y PIINP). La concentración óptima se administró en 6 tejidos de pacientes frente a sin tratamiento durante 28 días, para analizar los cambios en ALP, GAGs, Coll2-1 y PIINP.

Resultados:

En el chip, el oxígeno se mantuvo en normoxia en el hueso e hipoxia en el cartílago y la glucosa se distribuyó homogéneamente. Los tejidos fueron viables 63 días frente a 24 días en placa. GAGs, ALP y Coll2-1 aumentaron notablemente el día 59 y PIINP se mantuvo estable.

En pacientes con OA, los niveles plasmáticos de GPC5 y Notum disminuyeron respecto a controles. En BM-MSCs, se observó regulación negativa de GPC6 y positiva de Notum. A nivel proteico, disminuyó GPC5 y Notum, aumentando GPC3. Durante la diferenciación osteogénica, ARNm de GPC2, GPC4-6 y Notum se incrementó y GPC3 se redujo. Las proteínas GPC2, GPC5 y Notum disminuyeron y GPC3 aumentó.

La adición de Notum mostró baja citotoxicidad a 0.1-1 μg/ml, a concentraciones mayores aumentó el LDH. BALP disminuyó a 1 μg/ml y PIINP se mantuvo estable. Con una dosis única a 1 μg/ml de Notum no se observaron cambios significativos en los biomarcadores durante 28 días.

Conclusiones:

El modelo Osteocondral Tissue-On-a-Chip es un sistema novedoso que reproduce el microentorno articular, donde los nutrientes son suministrados de hueso a cartílago con un gradiente de normoxia-hipoxia. Esto ha permitido mantener tejidos viables y estables durante dos meses. Este modelo representa de manera más precisa la artrosis humana y es una alternativa prometedora a los ensayos en animales.

El análisis de glipicanos y Notum reveló alteraciones sistémicas y celulares en la artrosis. Notum mostró baja expresión proteica, sugiriendo ser un potencial regulador del microambiente articular.

El tratamiento preliminar con Notum sugiere efecto en BALP a 1 μg/ml con baja citotoxicidad. Se obtuvo una tendencia a la baja de los valores de ALP en algunos pacientes a largo plazo. Estudios futuros deberían correlacionar variables clínicas con los resultados bioquímicos tras la aplicación del tratamiento y evaluar la administración repetida de Notum.

Requisitos: