La inflamación y la detección de presión conducen a un bucle de ‘alimentación hacia adelante’ en la osteoartritis
Un resumen gráfico del artículo de PNAS. Crédito: Escuela de Enfermería de la Universidad de Duke
Un desafortunado bucle biológico de «alimentación hacia adelante» impulsa a las células del cartílago en una articulación artrítica a contribuir realmente a la progresión de la enfermedad, dicen 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 Farshid Guilak, antiguo colega de Duke y experto en cartílago, 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 las Actas 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 osteoartritis dolorosa, los extremos de los huesos pueden unirse hueso con hueso, aumentando aún más el dolor.
Las células que construyen y mantienen el cartílago se llaman condrocitos, y en su superficie pueden encontró canales iónicos que son sensibles a la fuerza, llamados 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 matriz extracelular, las proteínas estructurales y otras biomoléculas que le dan al cartílago su función mecánica. rigidez, elasticidad y baja fricción. Pero en la osteoartritis, la degeneración y el mal funcionamiento de estas células, que son incapaces de repararse mediante la división celular, contribuyen a la descomposición progresiva del cartílago.
Otra de las características distintivas de la osteoartritis es la inflamación crónica de bajo grado, impulsada por una señal molécula llamada interleucina-1 alfa. Usando células de cartílago de cerdos y de articulaciones humanas extirpadas para cirugías de reemplazo, los investigadores querían ver cómo la inflamación afecta a los condrocitos.
Descubrieron que la señalización de 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 que da como resultado lo que los investigadores llaman un circuito 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 muele lentamente y la célula no puede ser reemplazada».
Liedtke describe un condrocitos sanos como una esfera que rebota, «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 blandas, más blandas».
Desafortunadamente, los investigadores descubrieron que cuanto más blandas se vuelven, más canales piezoeléctricos se crean.
«Los canales piezoeléctricos sobreexpresados hacen que los condrocitos inflamados se vuelvan hipersensibles a los microtraumatismos mecánicos, lo que aumenta el riesgo de lesiones de condrocitos inducidas mecánicamente y la posterior progresión de la osteoartritis», dijo el ingeniero biomédico Whasil Lee, primer y coautor correspondiente que se mudó de la Liedtke-Lab abrirá su propio laboratorio en la Universidad de Rochester
«Es el cartílago reprogramándose para hacer más daño», dijo Liedtke.
Para mayor confirmación, los investigadores encontraron que al 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 más comúnmente en las rodillas, las caderas y la columna vertebral.
«Sabemos que la carga mecánica de la articulación es esencial para mantener la salud del cartílago», dijo Guilak. «En este estudio, descubrimos un mecanismo por el cual una carga excesiva bajo condiciones inflamatorias puede crear una situación que puede conducir a la degeneración progresiva del cartílago».
«Siempre estamos buscando mecanismos de avance como facilitadores de enfermedades crónicas», dijo Liedtke. «Aquí encontramos uno, lo que nos abre la puerta para idear tratamientos modificadores de la enfermedad, actualmente inexistentes para la osteoartritis».
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Un antidepresivo común puede ser el primer tratamiento para la osteoartritis Más información: Whasil Lee, Inflammatory Signaling Sensitizes Piezo1 Mechanotransduction in Articular Chondrocytes as a Pathogenic Feed-Forward Mechanism in Osteoarthritis, PNAS, 22 de marzo de 2021, DOI: 10.1073/pnas.2001611118 Información de la revista: Actas de la Nación al Academy of Sciences
Proporcionado por la Escuela de Enfermería de la Universidad de Duke Cita: La inflamación y la detección de presión conducen al bucle de «alimentación hacia adelante» en la osteoartritis (22 de marzo de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-inflammation-pression-sensing-feed-forward-loop-osteoarthritis.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.