Extracellular vesicles for cell-free regenerative medicine and its application for treatment of osteoarthritis

Resumo

L'osteoartritis (OA) és una malaltia degenerativa del cartílag articular que actualment no té tractaments que modifiquin el curs de la malaltia ni teràpies regeneratives adequades. D'aquestes últimes, trobem la implantació autòloga de condròcits (ACI) o les teràpies amb cèl·lules mare mesenquimals (MSCs), les quals presenten diversos inconvenients que comprometen la seva aplicació de manera general a tots els pacients amb OA. Així doncs, els tractaments més comuns inclouen analgèsics, antiinflamatoris no esteroides, injeccions d'àcid hialurònic per lubricar l'àrea de l'articulació o injeccions de plasma ric en plaquetes (PRP). El PRP és un concentrat de plasma enriquit en plaquetes, les quals es coneix que juguen un paper clau en els processos de cicatrització de ferides. A més, les plaquetes contenen una alta concentració de factors de creixement osteogènics que les hi atorguen un gran potencial regeneratiu. No obstant això, el seu ús autòleg comporta una alta variabilitat entre pacients. A més, no existeix consens ni protocol estandarditzat per a l'emmagatzematge i ús del PRP en la pràctica clínica. Donat que tant les teràpies basades com les no basades en MSC presenten limitacions importants per a la seva translació clínica, cal explorar altres opcions en el camp dels tractaments regeneratius per a l'OA. Les vesícules extracel·lulars (EVs) han sorgit com una alternativa prometedora als tractaments basats en cèl·lules en medicina regenerativa. Les EVs són nanopartícules membranoses secretades de forma natural per tots els tipus cel·lulars, les quals tenen com a funció la comunicació de cèl·lula a cèl·lula. Les EVs contenen una diversitat de biomolècules actives protegides de la degradació in vivo gràcies a la seva membrana, i donat que la seva funció principal està relacionada amb la comunicació cel·lular, exerceixen directament el seu efecte sobre les cèl·lules diana, la qual cosa és la característica d'interès en les aplicacions terapèutiques. Per tant, aquesta Tesi té com a objectiu avaluar les EVs derivades de lisat de plaquetes (pEVs) i de MSC de cordó umbilical (cEVs) com un tractament regeneratiu lliure de cèl·lules per a l'OA. L'aïllament de les EVs és un factor crític que influeix en la seva funcionalitat. La ultracentrifugació, com a mètode d'aïllament de referència, té limitacions com el co-aïllament de contaminants i el possible dany a la integritat de les EVs. Per tant, en aquesta Tesi s'ha explorat la cromatografia per exclusió de mida (SEC) com a mètode d'aïllament alternatiu. Es van comparar les EVs obtingudes tant per ultracentrifugació com per SEC en referència a la capacitat regenerativa en un model in vitro d'OA. Les EVs obtingudes per SEC van mostrar efectes beneficiosos sobre els condròcits en comparació amb les EVs obtingudes per ultracentrifugació, les quals co-aïllaren proteïnes nocives per a les cèl·lules, la qual cosa ressalta la importància de treballar amb preparacions de EVs ben purificades per observar amb precisió els seus efectes terapèutics. Per avaluar el potencial regeneratiu de les pEVs i les cEVs, es van establir models ex vivo i in vivo d'OA utilitzant explants de cartílag humà de donants cadavèrics i articulacions de genoll de rates, respectivament, a les quals es van induir les condicions inflamatòries simulant una OA. Les pEVs van millorar la integritat del genoll amb OA i van superar els efectes regeneratius de les cEVs en promoure la deposició de col·lagen, reduir la degradació de glicosaminoglicans i millorar la integritat dels explants de cartílag articular, així com recuperar la integritat de l'articulació del genoll, especialment en rates femella, que van mostrar una major susceptibilitat al dany de l'OA. En general, aquesta Tesi demostra el potencial regeneratiu de les pEVs i destaca l'ús de PL com una font de EVs alternativa viable a les MSCs per al tractament de l'OA. Per tant, encara que les pEVs encara no estan llestes per a la seva implementació clínica, el seu potencial com a tractament regeneratiu lliure de cèl·lules és innegable. Els resultats derivats d'aquesta Tesi faciliten la comprensió de les pEVs com a tractament lliure de cèl·lules per a l'OA i altres patologies degeneratives en un futur proper.