Resumen
Introducción:
La degeneración del disco intervertebral (DIV) sigue siendo la principal causa de dolor lumbar en todo el mundo. Las terapias regenerativas centradas en restaurar la composición de la matriz extracelular (MEC) y la altura del disco a menudo pasan por alto el microambiente del DIV, que aún no se ha caracterizado por completo. Este estudio tiene como objetivo primero perfilar el microambiente del tejido del núcleo pulposo (NP) humano en todos los grados de degeneración de los procedimientos de discectomía, cuantificando glucosa, oxígeno, pH, lactato, osmolaridad y 13 citocinas (TNF, IL-1β, IL-6, MMP-3, β-NGF, BNDF, IL-10, TIMP-1, -2, -3, FGF y ADAMTS4 y 5). La elaboración de perfiles dentro de las mismas muestras permitió el análisis de correlación entre todos los parámetros. En segundo lugar, este estudio investigó cómo las condiciones microambientales clínicamente relevantes influyen en la síntesis de la matriz celular NP y la actividad metabólica.
Materiales y métodos:
Perfil microambiental: el tejido NP se obtuvo mediante consentimiento informado de pacientes sometidos a discectomía. El pH se midió utilizando un microsensor de fibra óptica. El oxígeno se cuantificó utilizando el reactivo de hipoxia verde Image-iT. La glucosa y el lactato se cuantificaron mediante ensayos colorimétricos y la osmolaridad se midió utilizando un osmómetro de presión de vapor. Las citocinas se analizaron mediante ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) y múltiplex. Respuesta celular: las células NP se formaron en microtejidos y se prepararon con TGF-β3 durante 7 días, seguido de 14 días de agresión microambiental clínicamente relevante con diferentes combinaciones de glucosa y pH o exposición a citocinas y pH. Se evaluaron la viabilidad celular, el ADN, los GAG, el colágeno y las tasas metabólicas.
Resultados y discusión:
En una amplia cohorte de donantes, los parámetros microambientales, las concentraciones de citocinas y la ECM se mantuvieron con grados de degeneración crecientes, a pesar de la notable variabilidad de los donantes. Los microtejidos NP demostraron resiliencia en rangos clínicamente relevantes de exposición a glucosa, pH y citocinas. Este estudio establece rangos microambientales definidos experimentalmente que son representativos del microambiente NP humano y están respaldados por modelos in silico específicos de los donantes. Además, demuestra que las células NP humanas dentro de una matriz nativa no son muy sensibles a cambios clínicamente relevantes en las condiciones microambientales, una consideración importante para las estrategias regenerativas basadas en células.
Palabras clave:
citocinas; glucosa; disco intervertebral; síntesis de matrices; metabolismo; microambiente; núcleo pulposo; osmolaridad; oxígeno; pH.
