Formación de gránulos condrogénicos a partir de células madre pluripotentes inducidas derivadas de sangre del cordón umbilical

El uso de hiPSCs representa una nueva estrategia para la detección de drogas y estudios mecánicos de diversas enfermedades. Desde una perspectiva regenerativa, hiPSCs son también una fuente potencial para la sustitución de los tejidos dañados que tienen capacidad de curación limitada, como el cartílago articular ^{1 , 2} .

La regeneración del cartílago articular nativo ha sido un reto durante varias décadas. El cartílago articular es un tejido suave y blanco que recubre el extremo de los huesos, protegiéndolos de la fricción. Sin embargo, tiene una capacidad regenerativa limitada cuando está dañada, lo que hace que la auto-reparación sea casi imposible. Por lo tanto, la investigación centrada en la regeneración del cartílago ha estado en curso durante varias décadas.

Anteriormente, la diferenciación in vitro en el linaje condrogénico se realizó generalmente con BMSCs o condrocitos nativos aislados de la articulación de la rodilla [ ^3] . Debido tO su potencial condrogénico, las BMSC y los condrocitos nativos tienen numerosos méritos que apoyan su uso en la condrogénesis. Sin embargo, debido a su limitada expansión y fenotipo inestable, estas células enfrentan varias limitaciones en la reconstrucción de los defectos del cartílago articular. Bajo condiciones de cultivo in vitro , estas células tienden a perder sus propias características después de 3-4 pases, lo que finalmente afecta a sus capacidades de diferenciación [ ^4] . Además, en el caso de condrocitos nativos, un daño adicional a la articulación de la rodilla es inevitable cuando se obtienen estas células.

A diferencia de BMSCs o condrocitos nativos, hiPSCs puede expandirse indefinidamente in vitro . Con las condiciones de cultivo adecuadas, los hiPSC tienen un gran potencial como fuente de reemplazo para la diferenciación condrogénica. Sin embargo, es un desafío para cambiar las características intrínsecas de hiPSCs [ ^5] . Por otra parte, se necesitan varias complicaciones in vitroPs para dirigir el destino de hiPSCs a un tipo de célula específico. A pesar de estas complicaciones, el uso de los hiPSCs sigue siendo recomendable debido a su alta capacidad de auto-renovación y su capacidad para diferenciarse en las células objetivo, incluidos los condrocitos [ ^6] .

La diferenciación condrogénica se realiza habitualmente con sistemas de cultivo tridimensionales, tales como el cultivo de pellets o el cultivo de micromasas, utilizando células progenitoras similares a MSC. Si se usan hiPSCs, el protocolo para generar células progenitoras tipo MSC difiere de los protocolos existentes. Algunos grupos utilizan cultura monocapa de hiPSCs para convertir directamente el fenotipo en MSC-como las células [ ^7] . Sin embargo, la mayoría de los estudios utilizan EBs para generar células de crecimiento que se asemejan a MSCs ^{8 , 9 , 10 , 11} .

Se utilizan diversos tipos de factores de crecimiento para inducir el condrogeNesis Normalmente, las proteínas de la familia BMP y TGFβ se usan, solas o en combinación. La diferenciación también se ha inducido con otros factores, tales como GDF5, FGF2, y IGF1 ^{12 , 13 , 14 , 15} . Se ha demostrado que TGFβ1 estimula la condrogénesis de una manera dependiente de la dosis en MSCs ¹⁶ . Comparado con el otro isotipo, TGFβ3, TGFβ1 induce condrogenesis mediante el aumento de la condensación de células mesenquimales pre-cartilage.TGFβ3 induce condrogenesis mediante el aumento significativo de la proliferación de células mesenquimales [ ^17] . Sin embargo, TGFβ3 es utilizado con mayor frecuencia por los investigadores que TGFβ1 ^{7 , 10 , 18 , 19} . BMP2 mejora la expresión de genes relacionados con los componentes de la matriz condrogénica en humanosCondrocitos articulares bajo condiciones in vitro ²⁰ . BMP2 aumenta la expresión de genes críticos para la formación de cartílago en MSCs en combinación con TGF β proteínas [ ^21] . También se ha demostrado que BMP2 sinérgicamente mejora el efecto de TGF β3 a través de las vías Smad y MAPK [ ^22] .

En este estudio, CBMC-hiPSCs se agregaron en EBs utilizando medio EB en una placa de Petri de baja fijación. Las células de crecimiento se indujeron uniendo los EB a un plato recubierto de gelatina. La diferenciación condrogénica utilizando células de crecimiento se realizó por cultivo de pellets. El tratamiento con BMP2 y TGFβ3 condensó con éxito las células y indujo la acumulación de proteínas de la matriz extracelular (ECM) para la formación de gránulos condrogénicos. Este estudio sugiere un sencillo pero eficiente clondrogenic diferenciación protocolo utilizando CBMC-hiPSCs.