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

Resumen

La osteoartritis (OA) es una enfermedad degenerativa del cartílago articular que actualmente no tiene tratamientos que modifiquen el curso de la enfermedad ni terapias regenerativas adecuadas. De estas últimas, encontramos la implantación autóloga de condrocitos (ACI) o las terapias con células madre mesenquimales (MSCs), las cuales presentan diversos inconvenientes que comprometen su aplicación de manera general a todos los pacientes con OA. Así pues, los tratamientos más comunes incluyen analgésicos, antiinflamatorios no esteroideos, inyecciones de ácido hialurónico para lubricar el área de la articulación o inyecciones de plasma rico en plaquetas (PRP). El PRP es un concentrado de plasma enriquecido en plaquetas, las cuales se sabe que desempeñan un papel clave en los procesos de cicatrización de heridas. Además, las plaquetas contienen una alta concentración de factores de crecimiento osteogénicos que confieren a las plaquetas de un gran potencial regenerativo. Sin embargo, su uso autólogo conlleva una alta variabilidad entre pacientes. Además, no existe consenso ni protocolo estandarizado para el almacenamiento y uso de PRP en la práctica clínica. Dado que tanto las terapias basadas como no basadas en MSC presentan limitaciones serias para su traslación clínica, es necesario explorar otras opciones en el campo de los tratamientos regenerativos para la OA. Las vesículas extracelulares (EVs) han surgido como una alternativa prometedora a los tratamientos basados en células en medicina regenerativa. Las EVs son nanopartículas membranosas secretadas de forma natural por todo tipo de células, cuya función es la comunicación de célula a célula. Las EVs contienen una diversidad de biomoléculas activas protegidas de la degradación in vivo gracias a su membrana, y dado que su función principal está relacionada con la comunicación celular, ejercen directamente su efecto sobre las células diana, lo cual es la característica de interés en las aplicaciones terapéuticas. Por lo tanto, esta Tesis tiene como objetivo evaluar las EVs derivadas de lisado de plaquetas (pEVs) y de MSC de cordón umbilical (cEVs) como un tratamiento regenerativo libre de células para la OA. El aislamiento de las EVs es un factor crítico que influye en su funcionalidad. La ultracentrifugación, como método de aislamiento de referencia, tiene limitaciones como el co-aislamiento de contaminantes y el posible daño a la integridad de las EVs. Por lo tanto, en esta Tesis se exploró la cromatografía por exclusión de tamaño (SEC) como un método de aislamiento alternativo. Se compararon las EVs obtenidas tanto por ultracentrifugación como por SEC en referencia a capacidad regenerativa en un modelo in vitro de OA. Las EVs obtenidas por SEC mostraron efectos beneficiosos sobre los condrocitos en comparación con las EVs obtenidas por ultracentrifugación, las cuales co-aislaron proteínas nocivas para las células, lo que resalta la importancia de trabajar con preparaciones de EVs bien purificadas para observar con precisión sus efectos terapéuticos. Para evaluar el potencial regenerativo de las pEVs y las cEVs, se establecieron modelos ex vivo e in vivo de OA utilizando explantes de cartílago humano de donantes cadavéricos y articulaciones de rodilla de ratas, respectivamente, a los que se les indujo las condiciones inflamatorias simulando una OA. Las pEVs mejoraron la integridad de la rodilla con OA y superaron los efectos regenerativos de las cEVs al promover la deposición de colágeno, reducir la degradación de glucosaminoglicanos y mejorar la integridad de los explantes de cartílago articular, así como recuperar la integridad de la articulación de la rodilla, especialmente en ratas hembra, que mostraron una mayor susceptibilidad al daño de la OA. En general, esta Tesis demuestra el potencial regenerativo de las pEVs y destaca el uso de PL como una fuente de EVs alternativa viable a las MSCs para el tratamiento de la OA. Por lo tanto, aunque las pEVs aún no están listas para su implementación clínica, su potencial como tratamiento regenerativo libre de células es innegable. Los resultados derivados de esta Tesis facilitan la compresión de las pEVs como tratamiento libre de células para la OA y otras patologías degenerativas en un futuro próximo.