Células de cartílago ‘inteligentes’ programadas para liberar fármacos cuando están estresadas
Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han diseñado células de cartílago para que liberen un fármaco antiinflamatorio en respuesta al estrés al que se someten dichas células cuando se comprimen durante la carga de peso y movimiento Aquí, la célula, llamada condrocitos, se estimula con una pipeta de vidrio muy pequeña, de aproximadamente 1/5 del diámetro de un cabello humano. Cuando estas células se comprimen, liberan el fármaco que combate la inflamación. Crédito: laboratorio Guilak
Trabajando para desarrollar nuevos tratamientos para la osteoartritis, los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han modificado genéticamente el cartílago para administrar un fármaco antiinflamatorio en respuesta a una actividad similar a la flexión de una rodilla u otra movimientos que ejercen presión sobre las articulaciones.
Entre los primeros síntomas de la osteoartritis se encuentra el dolor en respuesta a tales movimientos que implican la llamada carga mecánica de una articulación. El dolor en las articulaciones que acompaña a la flexión o el levantamiento de objetos puede dificultar la realización de actividades normales. Pero al alterar los genes en las células del cartílago en el laboratorio, los investigadores han podido programarlas para que respondan al estrés mecánico asociado con el movimiento y la carga de peso mediante la producción de un fármaco para combatir la inflamación.
El estudio es publicado en línea el 27 de enero en la revista Science Advances.
«Los medicamentos como el ibuprofeno y el naproxeno que alivian el dolor articular y reducen la inflamación sistémica son los principales tratamientos para el dolor de la osteoartritis, pero no existen terapias que realmente prevengan el daño en las articulaciones de los pacientes con esta forma debilitante de artritis», dijo el investigador principal Farshid Guilak, Ph.D., Profesor Mildred B. Simon de Cirugía Ortopédica. «Hemos desarrollado un nuevo campo de investigación llamado mecanogenética, donde podemos diseñar células de cartílago para que respondan a la carga mecánica de la articulación. Cada vez que las células están bajo ese estrés, producen un fármaco biológico antiinflamatorio para reducir la inflamación y limitar el daño relacionado con la artritis».
Con su equipo, Guilak, codirector del Centro de Medicina Regenerativa de la Universidad de Washington y director de investigación de los Hospitales Shriners para NiñosSt. Louis, realizó por primera vez experimentos en el laboratorio utilizando células de cartílago de cerdos para averiguar cómo perciben esas células cuando están sometidas a estrés mecánico.
«Al estudiar estas células en el laboratorio, pudimos identificar vías clave en las células que responden al estrés de la carga y los circuitos genéticos en el cartílago que son activados por la carga mecánica», dijo el coautor Robert J. Nims, Ph.D., investigador postdoctoral en el laboratorio de Guilak.
Al igual que el sensor táctil de un teléfono inteligente, las células del cartílago detectan cuando se aplica estrés, y la inflamación asociada con el estrés excesivo de la artritis hace que el cartílago se rompa. Sin embargo, las células desarrolladas en estos experimentos respondieron a ese estrés secretando un fármaco antiinflamatorio que bloqueó el daño del cartílago.
«Alteramos fragmentos de ADN en las células para decirles que hicieran algo diferente de lo normal cuando sienten una carga», dijo Guilak. «Es decir, hacer un fármaco para combatir la artritis».
«Es como encender una luz», dijo la coautora Lara Pferdehirt, ingeniera biomédica y asistente de investigación graduada en el laboratorio de Guilak. «Con una luz, accionas un interruptor y se enciende una bombilla. Pero en este caso, el interruptor es la carga mecánica de una articulación y la bombilla es el fármaco antiinflamatorio».
Las células se diseñaron para liberar un fármaco antagonista del receptor de la interleucina-1 llamado anakinra (Kineret) que se usa para tratar la artritis reumatoide y se muestra prometedor para el tratamiento de la osteoartritis postraumática que se produce después de una lesión articular. Estudios previos del fármaco en pacientes con osteoartritis han demostrado que es seguro pero ineficaz cuando solo se inyecta en una articulación una vez. Guilak cree que se debe a que, para que funcione bien, el fármaco debe liberarse en las articulaciones artríticas durante períodos más prolongados, mientras se produce la carga mecánica.
«Este fármaco no parece funcionar a menos que se administre de forma continua durante años, por lo que quizás no haya funcionado bien en los ensayos clínicos con pacientes con osteoartritis», dijo. «En nuestros experimentos en células en el laboratorio, usamos sistemas de señalización existentes en las células de cartílago que diseñamos para que liberaran el fármaco cuando fuera necesario. Aquí, estamos usando biología sintética para crear un tipo de célula artificial que podemos programar para responder a lo que queremos que responda».
Además de reducir la inflamación en las articulaciones artríticas, tener células de cartílago específicas que administren el medicamento solo cuando y donde se necesita debería permitir evitar los efectos secundarios asociados con la entrega a largo plazo de un fuerte fármaco antiinflamatorio en todo el cuerpo. Esos efectos secundarios pueden incluir dolor de estómago, diarrea, fatiga y pérdida de cabello.
El equipo de Guilak planea usar la misma técnica para alterar otros tipos de células para fabricar diferentes medicamentos.
«Nosotros puede crear células que produzcan automáticamente medicamentos para aliviar el dolor, medicamentos antiinflamatorios o factores de crecimiento para hacer que el cartílago se regenere», dijo Guilak. «Creemos que esta estrategia podría ser un marco para hacer lo que podríamos tener que hacer para programar células para administrar terapias en respuesta a una variedad de problemas médicos».
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El estudio revela un nuevo vínculo con la artritis Más información: «Un circuito genético mecanogenético sintético para la administración autónoma de fármacos en tejidos modificados» Science Advances (2021). advances.sciencemag.org/lookup … .1126/sciadv.abd9858 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington Cita: Células de cartílago ‘inteligentes’ programadas para liberar fármacos cuando están estresadas ( 2021, 27 de enero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-smart-cartilage-cells-drugs-stressed.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.