Barrachina Porcar, Laura
Rodellar Penella, Clementina (dir.) ; Vázquez Bringas, Francisco José (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2017
Abstract: Las patologías articulares como la osteoartritis (OA) suponen un considerable impacto económico y sobre la salud tanto en las personas como en los caballos. Su valor como paciente y como modelo animal ha hecho del caballo una especie de enorme interés para el estudio de terapias aplicadas a esta patología. No existe actualmente ningún tratamiento totalmente efectivo para la OA, lo que ha despertado el interés por la medicina regenerativa y, en concreto, por las células madre mesenquimales (MSCs), cuya aplicación está mostrando resultados prometedores. El poder terapéutico de las MSCs se atribuye principalmente a sus propiedades anti-inflamatorias e inmunorreguladoras, las cuales son estimuladas por la exposición a citoquinas pro-inflamatorias como IFNγ y TNFα, sugiriendo que el desarrollo completo del potencial regulador de las MSCs requiere de activación. Sin embargo, la exposición a ambientes inflamatorios también puede conllevar efectos no deseables sobre las MSCs, como la disminución de su viabilidad y de su capacidad de diferenciación, o el aumento en la expresión de moléculas inmunogénicas, lo cual puede tener repercusiones en su uso alogénico.
Las MSCs alogénicas son susceptibles de ser reconocidas por el sistema inmune del receptor, pero la baja expresión de MHC y sus propiedades inmunorreguladoras les confieren potencial para evitar ser detectadas. La inflamación influye sobre el equilibrio entre la expresión de factores inmunomoduladores e inmunogénicos, el cual es crucial para que las MSCs sean capaces de evadir al sistema inmune y puedan desempeñar sus efectos terapéuticos.
La presente Tesis Doctoral parte de la hipótesis de que aplicando un estímulo inflamatorio adecuado in vitro podría incrementarse el potencial terapéutico in vivo las MSCs equinas al aumentar sus propiedades inmunorreguladoras. Dado que este tipo de estimulación podría ir asociada a efectos no deseables, éstos también deben ser considerados. Por ello, el objetivo general de la presente Tesis Doctoral es estudiar el efecto in vitro de distintos estímulos inflamatorios sobre las MSCs equinas y analizar posteriormente in vivo la seguridad y eficacia de estas células, estimuladas y sin estimular, aplicadas en un modelo de OA equina. Al presentarse esta Tesis Doctoral en la modalidad de compendio de publicaciones, el trabajo desarrollado para alcanzar este objetivo se recoge en cuatro artículos indexados ya publicados en revistas incluidas en el Journal Citation Reports, y en un quinto manuscrito pendiente de publicación.
Puesto que el líquido sinovial de la articulación inflamada contiene moléculas inflamatorias, en primer lugar se estudió el efecto in vitro sobre las propiedades de las MSCs equinas del cultivo en presencia de líquido sinovial inflamatorio. Esta condición fue bien tolerada por las MSCs en términos de viabilidad y capacidad de diferenciación, pero fue insuficiente para inducir su perfil inmunorregulador. Además, dado que los niveles y tipos de moléculas presentes en el líquido sinovial son heterogéneos incluso dentro del mismo tipo de patología, se planteó la estimulación in vitro de las MSCs con dosis concretas de citoquinas pro-inflamatorias como potencial estrategia para aumentar su efecto terapéutico mediante la inducción de su perfil inmunorregulador. Con este fin, se testó la exposición a las citoquinas proinflamatorias TNFα e IFNγ (20ng/ml y 50ng/ml durante 72h), encontrando que estas condiciones eran capaces de inducir la expresión de moléculas relacionadas con los mecanismos inmunomoduladores de las MSCs. Sin embargo, estas condiciones también indujeron la expresión de moléculas inmunogénicas y disminuyeron la viabilidad y el potencial de diferenciación de las MSCs.
En vista de los efectos no deseables asociados a estas condiciones, se pasó a estudiar el efecto de dosis más bajas y tiempos de estimulación más cortos con las mismas citoquinas, encontrando que la exposición a 5ng/ml de TNFα e IFNγ durante 12h era capaz de inducir el perfil inmunorregulador de las MSCs sin afectar a su viabilidad y plasticidad. Aunque estas condiciones indujeron la expresión de MHC-II y CD40, no afectaron a la expresión de MHC-I ni de otras moléculas coestimuladoras, por lo que se determinó que esta estimulación podría ser apropiada para aplicarla in vivo como estrategia terapéutica en un modelo equino de patología articular.
Debido al papel central de la inflamación en la OA y a los efectos beneficiosos de las MSCs atribuidos a sus propiedades antiinflamatorias y reguladoras, se planteó la necesidad de monitorizar adecuadamente la progresión de la inflamación articular durante el ensayo in vivo. Esto condujo al interés de estudiar la haptoglobina como marcador inflamatorio en esta patología. El aumento significativo y prolongado de la haptoglobina tanto en suero como en líquido sinovial en el modelo equino de OA utilizado en el ensayo in vivo sugirió su potencial para detectar y monitorizar la inflamación en patologías articulares equinas.
El estudio in vivo utilizando administraciones repetidas de un pool alogénico de MSCs, tanto estimuladas como sin estimular con las condiciones previamente definidas, mostró la utilidad potencial de la activación ex vivo de las MSCs equinas como estrategia terapéutica para patologías articulares. La respuesta inflamatoria ligera y transitoria observada en las 24 horas siguientes a la segunda administración de MSCs estimuladas sugiere que la activación de las MSCs podría aumentar su inmunogenicidad, por lo que este aspecto debe ser tenido en cuenta en su uso alogénico. La administración de MSCs, ya fueran estimuladas o no, mostró efectos beneficiosos en la articulación, los cuales fueron más evidentes a corto plazo. Aunque no se encontraron diferencias muy marcadas entre el uso de MSCs estimuladas o sin estimular, las MSCs estimuladas mostraron un mayor efecto antiinflamatorio y regulador, pese a la leve reacción observada tras su segunda administración.
En conclusión, los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral muestran el potencial beneficio de la estimulación de las MSCs equinas con citoquinas proinflamatorias y contribuyen a comprender mejor el efecto de la inflamación sobre el equilibrio inmunomodulación-inmunogenicidad de las MSCs y sus posibles implicaciones terapéuticas, cuya investigación es clave para avanzar hacia la consecución de terapias celulares alogénicas seguras y más eficaces.
Abstract (other lang.):
Las MSCs alogénicas son susceptibles de ser reconocidas por el sistema inmune del receptor, pero la baja expresión de MHC y sus propiedades inmunorreguladoras les confieren potencial para evitar ser detectadas. La inflamación influye sobre el equilibrio entre la expresión de factores inmunomoduladores e inmunogénicos, el cual es crucial para que las MSCs sean capaces de evadir al sistema inmune y puedan desempeñar sus efectos terapéuticos.
La presente Tesis Doctoral parte de la hipótesis de que aplicando un estímulo inflamatorio adecuado in vitro podría incrementarse el potencial terapéutico in vivo las MSCs equinas al aumentar sus propiedades inmunorreguladoras. Dado que este tipo de estimulación podría ir asociada a efectos no deseables, éstos también deben ser considerados. Por ello, el objetivo general de la presente Tesis Doctoral es estudiar el efecto in vitro de distintos estímulos inflamatorios sobre las MSCs equinas y analizar posteriormente in vivo la seguridad y eficacia de estas células, estimuladas y sin estimular, aplicadas en un modelo de OA equina. Al presentarse esta Tesis Doctoral en la modalidad de compendio de publicaciones, el trabajo desarrollado para alcanzar este objetivo se recoge en cuatro artículos indexados ya publicados en revistas incluidas en el Journal Citation Reports, y en un quinto manuscrito pendiente de publicación.
Puesto que el líquido sinovial de la articulación inflamada contiene moléculas inflamatorias, en primer lugar se estudió el efecto in vitro sobre las propiedades de las MSCs equinas del cultivo en presencia de líquido sinovial inflamatorio. Esta condición fue bien tolerada por las MSCs en términos de viabilidad y capacidad de diferenciación, pero fue insuficiente para inducir su perfil inmunorregulador. Además, dado que los niveles y tipos de moléculas presentes en el líquido sinovial son heterogéneos incluso dentro del mismo tipo de patología, se planteó la estimulación in vitro de las MSCs con dosis concretas de citoquinas pro-inflamatorias como potencial estrategia para aumentar su efecto terapéutico mediante la inducción de su perfil inmunorregulador. Con este fin, se testó la exposición a las citoquinas proinflamatorias TNFα e IFNγ (20ng/ml y 50ng/ml durante 72h), encontrando que estas condiciones eran capaces de inducir la expresión de moléculas relacionadas con los mecanismos inmunomoduladores de las MSCs. Sin embargo, estas condiciones también indujeron la expresión de moléculas inmunogénicas y disminuyeron la viabilidad y el potencial de diferenciación de las MSCs.
En vista de los efectos no deseables asociados a estas condiciones, se pasó a estudiar el efecto de dosis más bajas y tiempos de estimulación más cortos con las mismas citoquinas, encontrando que la exposición a 5ng/ml de TNFα e IFNγ durante 12h era capaz de inducir el perfil inmunorregulador de las MSCs sin afectar a su viabilidad y plasticidad. Aunque estas condiciones indujeron la expresión de MHC-II y CD40, no afectaron a la expresión de MHC-I ni de otras moléculas coestimuladoras, por lo que se determinó que esta estimulación podría ser apropiada para aplicarla in vivo como estrategia terapéutica en un modelo equino de patología articular.
Debido al papel central de la inflamación en la OA y a los efectos beneficiosos de las MSCs atribuidos a sus propiedades antiinflamatorias y reguladoras, se planteó la necesidad de monitorizar adecuadamente la progresión de la inflamación articular durante el ensayo in vivo. Esto condujo al interés de estudiar la haptoglobina como marcador inflamatorio en esta patología. El aumento significativo y prolongado de la haptoglobina tanto en suero como en líquido sinovial en el modelo equino de OA utilizado en el ensayo in vivo sugirió su potencial para detectar y monitorizar la inflamación en patologías articulares equinas.
El estudio in vivo utilizando administraciones repetidas de un pool alogénico de MSCs, tanto estimuladas como sin estimular con las condiciones previamente definidas, mostró la utilidad potencial de la activación ex vivo de las MSCs equinas como estrategia terapéutica para patologías articulares. La respuesta inflamatoria ligera y transitoria observada en las 24 horas siguientes a la segunda administración de MSCs estimuladas sugiere que la activación de las MSCs podría aumentar su inmunogenicidad, por lo que este aspecto debe ser tenido en cuenta en su uso alogénico. La administración de MSCs, ya fueran estimuladas o no, mostró efectos beneficiosos en la articulación, los cuales fueron más evidentes a corto plazo. Aunque no se encontraron diferencias muy marcadas entre el uso de MSCs estimuladas o sin estimular, las MSCs estimuladas mostraron un mayor efecto antiinflamatorio y regulador, pese a la leve reacción observada tras su segunda administración.
En conclusión, los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral muestran el potencial beneficio de la estimulación de las MSCs equinas con citoquinas proinflamatorias y contribuyen a comprender mejor el efecto de la inflamación sobre el equilibrio inmunomodulación-inmunogenicidad de las MSCs y sus posibles implicaciones terapéuticas, cuya investigación es clave para avanzar hacia la consecución de terapias celulares alogénicas seguras y más eficaces.
Abstract (other lang.):
Pal. clave: cultivo celular ; biología celular ; inmunología veterinaria ; cirugía veterinaria
Titulación: Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas y Biotecnológicas
Plan(es): Plan 495
Knowledge area: Bioquímica y biología molecular
Department: Anatomía, Embriología y Genética Animal
Nota: Presentado: 02 06 2017
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Anatomía, Embriología y Genética Animal, 2017
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Record created 2017-06-13, last modified 2021-05-20
