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Regeneração de cartilagem

Regeneração de cartilagem


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Por que não podemos regenerar a cartilagem em nosso ouvido e nariz, enquanto ossos e carne podem curar?

O que o torna tão resistente à regeneração. Podemos criá-lo artificialmente no laboratório?


A razão pela qual a cartilagem raramente é capaz de se regenerar é que ela é pouco vascularizada e inervada. Ele não tem seu próprio suprimento de sangue para fornecer moléculas de sinalização que promovem a regeneração e o reparo após a lesão.

Houve algum progresso recente em fazer o corpo reparar e substituir a cartilagem com biogéis criados em laboratório, detalhados aqui.


Regeneração da cartilagem e osteoartrite

Grant Hughes, MD, é um reumatologista certificado. Ele é professor associado da Escola de Medicina da Universidade de Washington e chefe de reumatologia do Seattle & rsquos Harborview Medical Center.

A regeneração da cartilagem tenta restaurar a cartilagem articular (articular) danificada. Diversas técnicas têm sido utilizadas para a regeneração da cartilagem. Enquanto alguns deles estão sendo usados ​​hoje, os pesquisadores continuam a procurar novas maneiras de regenerar a cartilagem na tentativa de dar às pessoas o alívio da dor da osteoartrite.


Reparo da cartilagem do joelho

Um cirurgião pode usar ferramentas especiais para remover a cartilagem desgastada e esfarrapada e alisar a superfície da cartilagem restante. Este contorno da cartilagem reduz o atrito articular, que por sua vez pode:

  • Reduz a dor no joelho
  • Restaurar a função do joelho
  • Potencialmente retardar a futura degeneração da cartilagem

O termo médico para cirurgia para remodelar a cartilagem do joelho é condroplastia de joelho- “Chondro” refere-se a cartilagem e “plastia” significa formar ou moldar. A condroplastia pode ser realizada na cartilagem articular do joelho, menisco ou em ambos.

Desbridamento do joelho
A condroplastia do joelho geralmente é realizada em conjunto com o desbridamento. Durante o desbridamento do joelho, o cirurgião remove potenciais irritantes da articulação, como pedaços soltos de cartilagem, e enxágue a articulação com solução salina (lavagem).


Os humanos podem possuir a capacidade de regenerar a cartilagem

QUARTA-FEIRA, 9 de outubro de 2019 (HealthDay News) - Os humanos podem não ter a habilidade da salamandra de regenerar um membro, mas um novo estudo sugere que eles têm alguma capacidade de restaurar a cartilagem em suas articulações.

As descobertas vão contra uma crença amplamente difundida: como a cartilagem que protege suas articulações não tem seu próprio suprimento de sangue, seu corpo não pode reparar os danos de uma lesão ou o desgaste do envelhecimento.

E é, em parte, por isso que tantas pessoas acabam desenvolvendo osteoartrite, onde a cartilagem quebrada causa dor e rigidez nas articulações.

Mas essa falta de suprimento de sangue não significa que não há capacidade regenerativa na cartilagem, de acordo com a Dra. Virginia Byers Kraus, pesquisadora sênior do novo estudo.

Na verdade, sua equipe encontrou evidências de que a cartilagem humana pode, até certo ponto, se renovar, usando um processo molecular semelhante ao que permite a uma salamandra desenvolver um novo membro.

Os pesquisadores estão chamando isso de "capacidade interna da salamandra".

"Pela primeira vez, temos evidências de que a articulação tem a capacidade de se auto-reparar", disse Kraus, professor da Duke University School of Medicine, em Durham, N.C.

Especificamente, ela explicou, essa capacidade existe em um "gradiente". É maior no tornozelo, menos aparente no joelho e mais baixo no quadril.

E isso faz sentido se essa capacidade de reparo for um artefato da evolução, de acordo com Kraus. Animais que regeneram tecido têm maior capacidade para isso nas porções distais do corpo - as partes "com maior probabilidade de serem mastigadas".

O Dr. Scott Rodeo, um cirurgião ortopédico não envolvido no estudo, disse que as descobertas levantam algumas questões interessantes.

Por um lado, disse ele, isso poderia ser uma explicação parcial de por que a osteoartrite é comum nos joelhos e quadris, mas não nos tornozelos?

"Supõe-se que esteja relacionado à biomecânica das articulações", disse Rodeo, cirurgião assistente do Hospital for Special Surgery, na cidade de Nova York.

Mas este estudo, disse ele, sugere que pode haver diferenças intrínsecas na capacidade das articulações de reparar a cartilagem.

A outra grande questão, disse Rodeo, é se essa capacidade humana recém-descoberta pode se traduzir em novos tratamentos para a artrite. "Podemos entender melhor a biologia básica e aproveitá-la?" ele perguntou.

Para o estudo, Kraus e seus colegas analisaram proteínas em amostras de cartilagem articular que foram removidas de pacientes submetidos à cirurgia. Os pesquisadores desenvolveram um método para medir a "idade" dessas proteínas, com base na premissa de que as proteínas jovens têm pouca ou nenhuma evidência de "conversões" de aminoácidos (os blocos de construção das proteínas), enquanto as proteínas mais velhas têm muitas conversões.

No geral, os pesquisadores descobriram, a cartilagem do tornozelo mostrou o maior número de proteínas jovens. A cartilagem do joelho parecia mais de meia-idade, e a cartilagem do quadril tinha relativamente poucas proteínas jovens e bastante velhas.

Além disso, descobriu o estudo, moléculas chamadas microRNAs parecem regular o processo. Eles eram mais abundantes na cartilagem do tornozelo do que no tecido dos joelhos e quadris, e nas camadas superiores da cartilagem, em comparação com as camadas mais profundas.

Acontece que os microRNAs também ajudam as salamandras a regenerar membros perdidos.

As descobertas foram publicadas online em 9 de outubro no jornal Avanços da Ciência.

Tudo isso levanta a possibilidade de que a capacidade inata de reparo na cartilagem possa ser aumentada, de acordo com Kraus. Poderiam, por exemplo, drogas injetáveis ​​de microRNA ser usadas para aumentar a autorreparação da cartilagem?

Ninguém está dizendo que a ciência está perto de ajudar os humanos a desenvolver novos membros. Mas, disse Kraus, compreender os mecanismos fundamentais por trás da regeneração de tecidos - descobrir o que as salamandras têm e que as pessoas estão perdendo - pode levar a maneiras de reparar vários tecidos do corpo humano.

Rodeo concordou. "Podemos aprender lições com animais que regeneram tecidos e aplicar isso aos humanos?"

Ele e Kraus disseram que há uma "enorme" necessidade de maneiras inovadoras de tratar a osteoartrite, que afeta cerca de 27 milhões de americanos, de acordo com a Arthritis Foundation. Não há cura e os tratamentos atuais visam controlar os sintomas.

Quando as pessoas ficam incapacitadas por artrite, observou Kraus, isso também pode aumentar o risco de outros problemas graves de saúde, incluindo diabetes tipo 2 e doenças cardíacas.


Condições isentas de soro definidas quimicamente para regeneração da cartilagem a partir de células-tronco embrionárias humanas

Mira: O objetivo deste estudo foi melhorar um método que induz a diferenciação da cartilagem de células-tronco embrióides humanas (hESCs) in vitro e testar o efeito de ambientes in vivo na maturação adicional de células derivadas de hESCs.

Métodos principais: Corpos embrióides (EBs) formados a partir de hESCs, com meio baseado em KSR sem soro e fatores relacionados à especificação mesodérmica, CHIR e Noggin para os primeiros 8 dias. Em seguida, as células foram digeridas e cultivadas como micropéletes em meio condrogênico à base de KSR sem soro que foi suplementado com PDGF-BB, TGF β3, BMP4 em sequência por 24 dias. A morfologia, FACS, coloração histológica, bem como a expressão de genes específicos condrogênicos foram detectados em cada etapa, e mais experimentos in vivo, injeções de células e transplantes de tecidos, verificaram ainda mais a formação de condrócitos.

Principais conclusões: Fomos capazes de obter condrócitos / cartilagem de hESCs usando meio condicionado à base de KSR sem soro. A análise qPCR mostrou que a expressão dos genes condroprogenitores e os genes da matriz de condrócitos / cartilagem. A análise morfológica demonstrou que obtivemos partículas PG + COL2 + COL1. Indicou que obtivemos partículas semelhantes à cartilagem hialina. Células diferenciais de 32 dias foram injetadas por via subcutânea. Os resultados da coloração mostraram que os enxertos desenvolveram ainda mais maturidade in vivo. Mas quando transplantado em cápsula sub-renal, seu efeito não foi tão bom quanto no subcutâneo. O microambiente pode afetar a formação da cartilagem.

Significado: Os resultados deste estudo fornecem uma abordagem totalmente isenta de soro e eficiente para a geração de condrócitos derivados de hESC, e as células irão se tornar uma maturação adicional in vivo. Ele fornece evidências e tecnologia para a hipótese de que hESCs pode ser uma terapia promissora para o tratamento da doença da cartilagem.

Palavras-chave: Diferenciação da cartilagem Células-tronco livres de soro.


Regeneração de cartilagem baseada em nanofibras por eletrofiação intensificada por células-tronco mesenquimais †

Como citar este artigo :: Shafiee A, Soleimani M, Chamheidari GA, Seyedjafari E, Dodel M, Atashi A, Gheisari Y. 2011. Regeneração de cartilagem baseada em nanofibras por eletrofiação aumentada por células-tronco mesenquimais. J Biomed Mater Res Parte A 2011: 99A: 467–478.

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Resumo

A aplicação de biomateriais em combinação com células-tronco é uma nova abordagem da engenharia de tecidos para regenerar a cartilagem. O objetivo deste estudo foi investigar o potencial de andaimes de nanofibras de poli (álcool vinílico) / policaprolactona (PVA / PCL) semeados com células-tronco mesenquimais de medula óssea de coelho (BM-MSC) para engenharia de tecido de cartilagem em vitro e na Vivo. Testamos a biocompatibilidade e as propriedades mecânicas de andaimes nanofibrosos usando microscópio eletrônico de varredura, ensaio MTT e medições de tração. A capacidade de MSC para a diferenciação condrogênica em scaffolds foi examinada usando a reação em cadeia do polímero de transcrição reversa e imunocoloração. Para na Vivo avaliações, andaimes de nanofibras PVA / PCL com ou sem MSC foram implantados em defeitos de cartilagem de espessura total de coelho. Para avaliar a regeneração da cartilagem, foi realizada graduação semiquantitativa e análise histológica. Nossos resultados mostraram que os andaimes de PVA / PCL apoiaram a proliferação e diferenciação condrogênica de MSC em vitro. Além disso, os animais tratados com andaimes de PVA / PCL semeados de células mostraram cura melhorada de defeitos em comparação com o controle não tratado e aqueles que receberam andaimes sem células. Nossos resultados sugerem que os andaimes de PVA / PCL incorporados com MSC podem servir como um enxerto adequado para a reconstrução da cartilagem articular. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Parte A: 99A: 467–467, 2011.

Informações adicionais de suporte podem ser encontradas na versão online deste artigo.

Nome do arquivo Descrição
JBM_33026_sm_SuppFig1.tif4.3 MB Informações de apoio Figura 1. Diferenciação multilinha de coelho BM-MSC. (A) Gotículas de lipídios em MSC foram coradas por Oil red-O após 3 semanas de indução adipogênica. (B) Coloração com Alizarin Red de depósitos minerais formados em culturas de MSC sob suplementos osteogênicos. (C) Coloração com azul Alcian de nódulos de cartilagem formados por BM-MSC em cultura de pellets após diferenciação condrogênica (barra de escala: 200μm)

Observação: O editor não é responsável pelo conteúdo ou funcionalidade de qualquer informação de suporte fornecida pelos autores. Quaisquer dúvidas (que não sejam de conteúdo ausente) devem ser direcionadas ao autor correspondente do artigo.


HIDROGÉIS INJETÁVEIS PARA ENGENHARIA DE TECIDO ÓSSEO

Os defeitos ósseos tornaram-se uma das principais causas de morbidade e incapacidade entre os idosos em todo o mundo. 268,269 Embora o autoenxerto seja considerado o padrão ouro para reparo de defeito ósseo, ele é limitado pela morbidade do local doador e pelos efeitos adversos incertos. 270 Portanto, a engenharia de tecido ósseo atraiu considerável atenção dos pesquisadores como uma estratégia promissora para reparar defeitos ósseos sem as limitações e deficiências do uso de autoenxertos ósseos, aloenxertos ou xenoenxertos. 271

Recentemente, vários hidrogéis injetáveis ​​com boa moldabilidade e estruturas 3D foram amplamente investigados para uso em engenharia de tecido ósseo. Dentre os biomateriais utilizados para a preparação de hidrogéis injetáveis, o alginato é um dos biomateriais mais investigados para a engenharia de tecido ósseo. 135 Matsuno et al 272 desenvolveram um novo hidrogel 3D injetável para engenharia de tecido ósseo que usa grânulos de fosfato tricálcico β e alginato como suporte. As células-tronco mesenquimais cultivadas em 3D dentro do hidrogel foram implantadas subcutaneamente por na Vivo experimentos e indicaram que o andaime pode apoiar favoravelmente a diferenciação osteogênica. Han et al 273 prepararam um hidrogel híbrido de silicato de cálcio / alginato de sódio injetável incorporando silicato de cálcio em uma solução de alginato. Em 30 sa 10 min, este hidrogel sofre no local gelificação quando os íons de cálcio são liberados do silicato de cálcio com a introdução de ácido D-glucônico δ-lactona. Além disso, o hidrogel promove de forma eficiente a adesão, proliferação e diferenciação de células osteogênicas e angiogênicas. A quitosana é outro biomaterial comumente usado para sintetizar hidrogéis injetáveis ​​na engenharia de tecido ósseo. 274 Dessi et al 275 desenvolveram com sucesso um hidrogel à base de quitosana termossensível reticulado com β-glicerofosfato e reforçado por interações físicas com β-fosfato tricálcico. O hidrogel simula o tecido ósseo natural e suporta a atividade celular e sofre uma transição sol-gel em temperatura fisiológica com propriedades reológicas típicas. Enquanto isso, devido às propriedades do colágeno, este hidrogel aumenta a adesão e proliferação celular. Ding et al 276 incorporaram colágeno no sistema de quitosana / β-glicerofosfato para sintetizar um arcabouço de hidrogel à base de quitosana / β-glicerofosfato / colágeno injetável para engenharia de tecido ósseo. As células-tronco mesenquimais co-cultivadas no hidrogel demonstraram ser capazes de suportar a neovascularização e a diferenciação de linhagem osteogênica. Nos últimos anos, os hidrogéis injetáveis ​​à base de biomateriais sintéticos para a engenharia do tecido ósseo têm chamado a atenção. Jang et al 277 investigaram um injetável na Vivo formando andaime de hidrogel feito de copolímero de bloco de metoxi polietilenoglicol-b-policaprolactona para engenharia de tecido ósseo. Osteoblastos diferenciados encapsulados no hidrogel exibem expressão característica de osteonectina, osteopontina e osteocalcina. Vo et al 278 projetaram um N-isopropilacrilamida / hidrogel composto de micropartículas de gelatina. As micropartículas de gelatina incorporadas no hidrogel aumentam a formação de pontes ósseas e a mineralização dentro do defeito e o contato direto entre o osso e o implante. Após o encapsulamento das células-tronco mesenquimais no hidrogel, foi observada infiltração tecidual significativa e formação de osteóide, sugerindo que o sistema de hidrogel facilita o crescimento e integração óssea.

Para melhorar as propriedades mecânicas e a mineralização do andaime na engenharia do tecido ósseo, materiais inorgânicos são geralmente introduzidos com hidrogéis híbridos. Dado que a hidroxiapatita (HA) é um dos principais componentes inorgânicos do tecido ósseo, 279 Fu et al 280 prepararam um novo composto de hidrogel termossensível injetável de três componentes composto de copolímero tribloco PEG-PCL-PEG, colágeno e nano-hidroxiapatita. Este composto de hidrogel possui uma boa estrutura porosa interconectada além de excelente termossensibilidade. Além disso, na Vivo estudos têm demonstrado que o hidrogel PECE / colágeno / nanoidroxiapatita possui boa biocompatibilidade e apresenta melhor desempenho na regeneração óssea guiada do que no processo de autocura, indicando sua grande promessa para a engenharia do tecido ósseo. Além disso, Jiao et al 281 sintetizaram um no local citrato de maleato de PEG biodegradável à base de ácido cítrico reticulável / hidrogel HA. Huang et al 282 fabricaram um hidrogel de composto de nano-hidroxiapatita / glicol quitosana / ácido hialurônico injetável. As células MC-3T3-E1 incorporadas no hidrogel se fixam e se espalham bem após 7 dias de co-incubação, sugerindo assim que o hidrogel é uma aplicação potencial na engenharia de tecido ósseo. Lin et al 283 projetaram um composto de hidrogel termossensível e injetável composto de poli (ácido lático-co-ácido glicólico) -g-PEG e HA por sua potencial aplicação na engenharia de tecido ósseo. A adição de HA ao hidrogel aumenta as propriedades mecânicas e a bioatividade do hidrogel. Mais recentemente, um arcabouço injetável de alginato / hidrogel HA, combinado com microesferas de gelatina (GMs), foi relatado por Yan et al. 284 Neste hidrogel, HA e GMs melhoram com sucesso as propriedades mecânicas do andaime, demonstrando assim que o hidrogel à base de alginato duplo integrado de HA e GMs tem um desempenho físico adequado e propriedades bioativas. Dessa forma, o hidrogel apresenta grande potencial para tratamento local de patologias que envolvem defeitos ósseos. Além disso, aproveitando as funções celulares estruturais e regulatórias do zinco (Zn) e sua capacidade de promover a osteoblastogênese e suprimir a osteoclastogênese, 285 Niranjan et al 286 relataram um hidrogel termossensível, contendo Zn, quitosana e β-glicerofosfato, para engenharia de tecido ósseo. Além disso, Dhivyaet al 287 projetaram um hidrogel à base de β-glicerofosfato injetável dopado com zinco quitosano / nano-hidroxiapatita / β-glicerofosfato. Na Vivo estudos em um sistema modelo de defeito em osso de rato indicaram o potencial do hidrogel para acelerar a formação óssea em níveis moleculares e celulares. Outros materiais inorgânicos, como nanossílica e Bioglass, têm sido estudados para a preparação de sistemas híbridos de hidrogel. 288.289 Por exemplo, Vishnu Priya et al 290 desenvolveram um sistema de hidrogel injetável usando quitina e poli (succinato de butileno) carregados com nanopartículas de fibrina e Biovidro dopado com magnésio. Este sistema de hidrogel aumenta a iniciação da diferenciação e expressão da fosfatase alcalina e da osteocalcina, indicando assim sua promessa para regenerar defeitos ósseos irregulares.


Falhas de integração

Um dos principais desafios biológicos associados aos procedimentos de reparo da cartilagem baseados em células é a integração do tecido do enxerto com o hospedeiro. Dependendo da natureza da lesão da cartilagem, se é uma lesão condral ou osteocondral, diferentes aspectos da integração do transplante com a cartilagem e o osso devem ser avaliados.

No que diz respeito à integração da cartilagem com a cartilagem, a natureza e o estado do tecido que compreende a borda da lesão da ferida são fundamentais para a integração do tecido. Como mencionado acima, controlar os aspectos da diferenciação celular, morte celular apoptótica ou necrótica juntamente com a síntese da matriz é o principal fator que influencia a integração bem-sucedida. Apesar de algum potencial de migração celular do tecido de cartilagem em animais experimentais jovens [49,198], os condrócitos parecem ter apenas uma capacidade limitada de infiltrar matrizes de cartilagem existentes e até mesmo de ocupar lacunas de condrócitos vazias [48]. No entanto, o reparo integrativo e a condrogênese não são apenas uma função da síntese da matriz bruta, mas também são afetados pela estrutura e composição do tecido adjacente [199].

Outro aspecto é que o trauma contuso à cartilagem induz uma resposta proliferativa maior que se estende a uma distância maior da borda da lesão em comparação ao trauma por explosão e cortante. No entanto, no caso de traumatismo cortante, as células basais entram em proliferação antes dos condrócitos da zona de superfície, o que não é o caso em feridas contusas [48]. Diversas medidas têm sido utilizadas para promover esse processo, estabelecendo um bom contato entre os transplantes de cartilagem e a cartilagem articular nativa, incluindo o uso de reticuladores de colágeno, digestão enzimática breve e colas biológicas (transglutaminase tecidual e outros adesivos revisados ​​em [2]).

No que diz respeito ao reparo de defeitos osteocondrais, dois tipos distintos de tecido, cartilagem articular e osso subcondral, estão envolvidos. Na concepção de um implante multifásico, a cicatrização da região subcondral subjacente do local do defeito é crítica, pois suporta a regeneração da neocartilagem sobreposta [49,200-202]. A fim de proteger o enxerto de cartilagem da invasão das células do estroma do osso subjacente e desdiferenciação nas lesões osteocondrais, tem havido tentativas de mimetizar a marca da maré com o uso de selantes biológicos [20]. No entanto, não houve nenhum estudo controlado até o momento para validar este procedimento. Estudos iniciais foram realizados para gerar transplantes bifásicos, a fim de promover a integração do enxerto com o osso subjacente em vitro, com uma marca de maré já integrada [49,200-202]. Além disso, inicial na Vivo estudos regenerando a camada subcondral usando andaimes de poli - & # x003b5-caprolactona semeados com MSC foram realizados com resultados bem-sucedidos [203]. Embora a fabricação de neocartilagem com uma organização zonal apropriada tenha sido tentada [204,205], a reprodução exata das diferentes zonas da cartilagem articular nativa, incluindo a marca da maré e o osso subjacente, não foi alcançada até o momento. Uma interação frutífera entre células, morfógenos e tecnologia de estrutura será crucial para o sucesso da padronização semelhante à cartilagem dos transplantes para uma integração bem-sucedida. A otimização e o desenvolvimento dessas abordagens irão determinar se os construtos são aplicáveis ​​para defeitos de espessura parcial ou total.


Regeneração da cartilagem por terapia genética

O dano à cartilagem articular é um problema clínico frequente e comumente considerado irreversível. Defeitos de espessura total podem levar à formação de tecido de reparo fibroso de menor qualidade mecânica, enquanto lesões de espessura parcial dificilmente apresentam resposta de reparo. As abordagens cirúrgicas muitas vezes falham em restaurar a superfície articular, enfrentando o problema de condrogênese incompleta ou degradação rápida do tecido de reparo. No entanto, avanços na biologia molecular revelaram o potencial dos fatores de crescimento, fatores de diferenciação e citocinas no direcionamento da diferenciação celular e da atividade metabólica. Fatores anabólicos incluindo membros da superfamília TGF-beta, IGF-1, FGF ou HGF provaram seu potencial para estimular a condrogênese e a síntese de componentes da matriz específicos da cartilagem, permitindo a formação de um tecido de reparo semelhante à cartilagem hialina em estudos experimentais. Além disso, moléculas anticatabólicas ou antiinflamatórias, como IL-4, IL-10, IL-1Ra e TNFsR também podem exercer efeitos benéficos ao inibir a degradação excessiva da cartilagem. Embora seja questionável se a regeneração da cartilagem hialina, que implica uma restauração completa da superfície articular por um tecido idêntico ao original, pode algum dia ser alcançada, todas essas moléculas têm sido consideradas ferramentas adequadas para o reparo da cartilagem. A transferência dos respectivos genes para a articulação, possivelmente em combinação com o fornecimento de células condroprogenitoras, pode ser um método elegante para alcançar uma distribuição sustentada de tais fatores terapêuticos no local necessário in vivo. Esta revisão enfoca as moléculas terapêuticas, a adequação de diferentes vetores virais e não virais para a transferência intra-articular de genes e as lições aprendidas de estudos de terapia gênica em vários modelos animais.


Assista o vídeo: Como regenerar cartilagem no quadril. (Fevereiro 2023).