Aquí se presenta un protocolo para el uso de nanopartículas de plata para mejorar eficazmente los síntomas agudos de la osteoartritis inducida por colagenasa tipo II, incluida la inflamación sinovial, la hiperplasia sinovial, la hiperplasia vascular, etc.
La artrosis de rodilla (KOA) es una de las enfermedades degenerativas de las articulaciones más frecuentes en personas mayores de 45 años. En la actualidad, no existen terapias eficaces para el KOA, y la única estrategia de punto final es la artroplastia total de rodilla (ATR); por lo tanto, el KOA se asocia con cargas económicas y costos sociales. La respuesta inflamatoria inmunitaria está implicada en la aparición y desarrollo de KOA. Previamente establecimos un modelo de ratón de KOA utilizando colágeno tipo II. La hiperplasia del tejido sinovial estaba presente en el modelo, junto con un gran número de células inflamatorias infiltradas. Las nanopartículas de plata tienen efectos antiinflamatorios sustanciales y se han utilizado ampliamente en la terapia tumoral y la administración quirúrgica de fármacos. Por lo tanto, evaluamos los efectos terapéuticos de las nanopartículas de plata en un modelo de KOA inducido por colagenasa II. Los resultados experimentales mostraron que las nanopartículas de plata redujeron significativamente la hiperplasia sinovial y la infiltración de neutrófilos en el tejido sinovial. Por lo tanto, este trabajo demuestra la identificación de una estrategia novedosa para la OA y proporciona una base teórica para prevenir el progreso de la KOA.
La artrosis de rodilla (KOA) es una de las formas más frecuentes de artrosis y supone un complejo proceso patológico en toda la articulación sinovial1. A medida que la población mundial envejece gradualmente, la incidencia de KOA aumenta sustancialmente. El dolor constante en la articulación de la rodilla suele llevar a los pacientes con KOA a buscar tratamiento médico. La etiología del dolor en el KOA puede estar relacionada con la respuesta inflamatoria, la hiperplasia sinovial y la degeneración del cartílago2. Los tejidos de la membrana sinovial están compuestos por dos tipos de células: fibroblastos sinoviales y macrófagos 3,4,5. Los fibroblastos sinoviales producen líquido sinovial. Los macrófagos sinoviales normalmente están inactivos y son activados por la respuesta inflamatoria. La inflamación inicial de la membrana sinovial causa dolor en la articulación de la rodilla6.
La respuesta inmunitaria inflamatoria del tejido sinovial desempeña un papel crucial en la patogénesis de la KOA. Estudios previos han confirmado que existen respuestas inflamatorias en los tejidos de la membrana sinovial en el KOA, conocidas como sinovitis, y el grado de sinovitis del KOA está estrechamente relacionado con la infiltración de células inflamatorias de los tejidos de la membrana sinovial 7,8,9. La sinovitis es una reacción inflamatoria de la membrana sinovial y sus características patológicas son la proliferación de células sinoviales, la formación de nuevos vasos y la infiltración de células inflamatorias 5,10,11.
El objetivo del tratamiento con KOA es aliviar la reacción inflamatoria de la membrana sinovial y retrasar la progresión de la enfermedad. En la actualidad, los principales fármacos clínicos para el tratamiento del KOA son los antiinflamatorios no esteroideos (AINE); sin embargo, presentan efectos secundarios significativos, como la nefrotoxicidad12,13. Las inyecciones intraarticulares de glucocorticoides son otra opción para tratar el KOA; Sin embargo, el glucocorticoide se propaga rápidamente y podría ser metabolizado rápidamente por el derrame articular. Mientras tanto, los pacientes diabéticos con hiperglucemia subyacente deben tener cuidado con las inyecciones continuas de esteroides14. En resumen, no existe una estrategia terapéutica farmacológica disponible para el KOA. Por lo tanto, la exploración de nuevos fármacos para el tratamiento de la KOA es extremadamente urgente.
El tamaño de las nanopartículas de plata es inferior a 100 nm. Debido a sus prominentes efectos antiinflamatorios, antibacterianos y antioxidantes, se han utilizado ampliamente en diversos aspectos de la atención médica y la medicina, como la cicatrización de heridas y las lesiones por quemaduras15,16. También se utilizan en la administración dirigida de fármacos, la obtención de imágenes médicas y el diagnóstico molecular17. La plata (Ag) tiene mayor acción antiinflamatoria y antibacteriana que otras nanopartículas metálicas, como el cobre (Cu), el zinc (Zn) y el hierro (Fe)15. Las nanopartículas de plata, un nuevo tipo de nanomaterial, tienen propiedades antimicrobianas potentes y de amplio espectro. Un estudio previo encontró que en modelos de ratón de lesiones por quemaduras y peritonitis18,19, las nanopartículas de plata podrían inhibir eficazmente la producción de factores inflamatorios y promover la cicatrización de heridas. Un estudio anterior también demostró que las nanopartículas de plata mejoraron la cicatrización de las heridas diabéticas al promover la síntesis de factores de crecimiento y la deposición de colágeno20.
Basándonos en los efectos antiinflamatorios de las nanopartículas de plata, nos propusimos utilizar nanopartículas de plata para tratar el KOA inducido por colágeno tipo II en ratones. Los resultados sugirieron que el número de células de infiltración inflamatoria de la articulación sinovial en ratones se redujo significativamente con este tratamiento. Los resultados también sugirieron que las nanopartículas de plata podrían aliviar significativamente los síntomas de KOA en ratones. Por lo tanto, la aplicación de nanopartículas de plata puede apoyar el desarrollo de nuevas opciones de tratamiento para el KOA clínico.
Las nanopartículas de plata exhiben efectos antiinflamatorios, antibacterianos, antioxidantes e inmunomoduladores, lo que significa que podrían proteger las células y los tejidos del daño al reducir la producción de especies reactivas de oxígeno26. Algunos investigadores están preocupados por la toxicidad de las nanopartículas de plata27. La toxicidad de las nanopartículas de plata está directamente relacionada con la presencia de iones de plata libres. Debido al tamaño a nanoescala de las nanopartículas de plata, podrían interferir fácilmente con biomoléculas, células y órganos humanos 15,28,29. Varios estudios han reportado que las nanopartículas de plata podrían inducir estrés oxidativo y perjudicar la función mitocondrial en células humanas30. Además, el Ag se puede detectar en órganos humanos, especialmente en el hígado y el bazo, tras el uso de grandes cantidades de nanopartículas de plata. Los investigadores también han informado que las nanopartículas de plata tienen la capacidad de cruzar la barrera hematoencefálica a través del transporte transsináptico y acumularse enel cerebro. No se ha realizado un informe sistemático sobre la biotoxicidad de las nanopartículas de plata, aunque algunos investigadores reconocen la seguridad de las nanopartículas de plata32.
En este estudio, preparamos una mezcla de colágeno con nanopartículas de plata. De hecho, el período de duración de las nanopartículas de plata en los tejidos humanos es breve, pero el período de duración de las nanopartículas de plata puede prolongarse cuando se aplica con una mezcla de colágeno; Esto no solo reduce el trauma, sino también la dosis de los fármacos. Considerando la toxicidad de las nanopartículas de plata, la dosis de nanopartículas de plata aplicada en este estudio fue de 30 mg/kg, en línea con investigaciones previas33.
A continuación se presentan algunas consideraciones vitales de la operación experimental. La colagenasa de tipo II debe almacenarse a -20 °C después de la preparación para evitar la degradación debida a la escisión enzimática. La preparación de la mezcla de colágeno de nanopartículas de plata debe llevarse a cabo en el hielo de forma continua a temperatura ambiente porque la mezcla de colágeno de nanopartículas de plata se convierte rápidamente en un gel semisólido y luego no se puede utilizar para la inyección. La solución debe almacenarse a 4 °C después de la preparación. Se debe elegir una jeringa de insulina de 1 ml con una aguja más pequeña para la administración intraarticular, y esto podría prevenir eficazmente la fuga de los medicamentos inyectados. La aguja debe insertarse en un ángulo de 15° para inyectar la mezcla de colágeno de nanopartículas de plata. Cuando la aguja no es resistente, esto indica que la aguja ha alcanzado la cavidad de la articulación de la rodilla. Después de la inyección, se debe cambiar el ángulo de la inyección y la aguja debe retirarse lentamente para evitar fugas del medicamento inyectado.
En este estudio, las nanopartículas de plata mejoraron eficazmente los síntomas del KOA inducido por la colagenasa tipo II en ratones, demostrando el efecto antiinflamatorio de las nanopartículas de plata. Varios estudios han reportado la presencia de apoptosis en células incubadas in vitro con nanopartículas de plata 34,35,36. La reducción de la hiperplasia sinovial podría haber sido causada por las nanopartículas de plata debido a su participación en el deterioro de la función mitocondrial, o estos resultados podrían haber sido mediados por especies reactivas de oxígeno. Se observó hiperplasia vascular en la membrana sinovial de ratones del grupo modelo KOA. Era posible que las quimiocinas llevaran a los neutrófilos desde los vasos sanguíneos hasta el tejido sinovial durante este proceso y que el estallido de inflamación hiciera que las células consumieran más oxígeno, lo que condujo a la hiperplasia vascular. Por lo tanto, se requieren más experimentos para demostrar la fiabilidad de esta hipótesis. Este estudio aporta beneficios teóricos para la investigación en el tratamiento de la KOA clínica. En estudios futuros, nuestro objetivo es combinar el método del ligamento cruzado anterior (LCA) junto con el método del modelo KOA inducido químicamente para observar el efecto de las nanopartículas de plata. Los resultados experimentales muestran que las nanopartículas de plata pueden disminuir significativamente la infiltración de células inflamatorias en la membrana sinovial en ratones KOA, pero los mecanismos de este efecto aún necesitan más estudios, lo que podría desentrañar la patogénesis de KOA.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue financiado por la Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Guangdong (Número: 2019A1515010209) y el Proyecto de Ciencia y Tecnología de la Ciudad de Guangzhou, China (Número: 202102010164).
1 mL insulin syringe | BD | 305932 | None |
CD177 Polyclonal Antibody | ThermoFisher Scientific | PA5-98759 | None |
Chloral hydrate | Sigma-Aldrich | 302-17-0 | None |
DAB | MCE | HY-15912 | None |
Eosin | Beyotime Biotechnology | C0109 | None |
Formalin | Sigma-Aldrich | HT501128 | None |
Hematoxylin | Beyotime Biotechnology | C0107 | None |
Light Microscopy | Leica | DM500 | None |
Silver nanoparticle | Wolcacvi | S-10-20 | Store product in the dark at 4°C |
Safranine O-Fast Green FCF Cartilage Stain Kit | Solarbio | 90-15-3 | None |
Type II collagen | Sigma-Aldrich | C6885-500mg | None |