Células madre de médula ósea y curación

La Médula ósea es un tejido blando que se encuentra en el centro de los huesos. Contiene dos tipos importantes de células madre: las Células madre hematopoyéticas (HSCs), que producen células sanguíneas, y las Células Madre Mesenquimatosas (MSCs), que apoyan el ambiente donde viven las HSCs. Las MSCs pueden convertirse en diferentes tipos de células, incluyendo las que forman hueso (osteoblastos), cartílago (condrocitos) y grasa (adipocitos). Este artículo hablará sobre los tipos de células madre en la médula ósea, sus roles y cómo contribuyen a la salud y reparación ósea.

#¿Qué Son las Células Madre Mesenquimatosas de la Médula Ósea (BM-MSCs)?

Las BM-MSCs son células especiales que se encuentran en la médula ósea. No son muy comunes y tienen la capacidad de renovarse. También pueden transformarse en varias otras células que forman diferentes tejidos. Estas células suelen estar cerca de los vasos sanguíneos y son cruciales para crear el ambiente necesario para que las HSCs funcionen bien. Las BM-MSCs interactúan de cerca con las HSCs y liberan sustancias que ayudan a controlar el comportamiento de las HSCs, incluyendo factores que les animan a crecer y diferenciarse en células sanguíneas.

#Investigación Reciente sobre la Recuperación Postquirúrgica

Nuevos estudios han señalado que el periostio, una capa de tejido que cubre los huesos, también puede tener células madre que ayudan a sanar los huesos después de lesiones. Estas células madre periostales (P-SSCs) comparten algunas características con las BM-MSCs, pero los investigadores aún no comprenden completamente su relación. La distinción entre estos dos tipos de células madre sigue siendo un tema candente entre los científicos.

Aunque la médula ósea ha sido reconocida durante mucho tiempo como una fuente principal de MSCs, hallazgos recientes sugieren que la capa externa de los huesos puede contener más células que contribuyen a la formación de nuevo hueso. Este proceso puede ocurrir a través de dos métodos principales: la osificación endocondral, que implica la formación de cartílago, y la osificación intramembranosa, donde el hueso se desarrolla directamente. Se cree que el periostio juega un papel importante en la curación de huesos después de lesiones, pero aún tenemos información limitada sobre cómo funcionan realmente las P-SSCs y si pueden contribuir a la recuperación de la médula ósea en sí.

#Estudiando la Regeneración Ósea a Través de Transplantes

En nuestra investigación, creamos un modelo para estudiar cómo sana la médula ósea mediante el Trasplante de un fémur entero (el hueso del muslo) bajo la piel de un ratón. Este procedimiento provocó cambios inmediatos en la estructura de la médula ósea del hueso trasplantado. Inicialmente, notamos que las células de grasa ocuparon el espacio, similar a lo que ocurre en la médula ósea después de la quimioterapia o tratamiento de radiación. Sin embargo, con el tiempo, la médula ósea comenzó a regenerarse, los vasos sanguíneos volvieron a crecer y el número de BM-MSCs aumentó. Finalmente, las HSCs del huésped se movieron al injerto, permitiendo que la formación de células sanguíneas comenzara de nuevo.

Sorprendentemente, descubrimos que las P-SSCs podían migrar a la médula ósea y asumir funciones similares a las de las BM-MSCs. Estas P-SSCs apoyaron el regreso de la formación normal de células sanguíneas al expresar genes específicos necesarios para el mantenimiento de las HSCs. Notablemente, las P-SSCs mostraron diferentes perfiles de energía y fueron mejores en resistir el estrés causado por el proceso de trasplante.

#El Modelo de Trasplante de Hueso Completo

Para investigar la regeneración de la médula ósea, utilizamos un modelo que involucraba el trasplante de un fémur adulto entero bajo la piel de ratones emparejados por edad y sexo. Después del trasplante, hubo una rápida disminución en el número de células de la médula ósea. Dentro de las 24 horas, la viabilidad de estas células cayó significativamente. Descubrimos que la necrosis de la médula ósea que ocurrió fue seguida por un reemplazo de células sanguíneas con células de grasa, reflejando los efectos vistos después de quimioterapia o irradiación.

Con el tiempo, el número de células en la médula ósea comenzó a recuperarse. A los cinco meses post-trasplante, no hubo una diferencia significativa en el número de células entre el hueso trasplantado y el hueso original en el huésped. Además, aunque el número de HSCs en el injerto no coincidía completamente con el del huésped a los cinco meses, no hubo diferencias notables en los tipos de células sanguíneas presentes entre los dos.

#Hematopoyesis y Su Importancia

La hematopoyesis es el proceso que produce células sanguíneas, lo que es crucial para la salud en general. Para explorar si las células formadoras de sangre funcionales podrían recuperarse en fémures injertados, realizamos un ensayo de trasplante de médula ósea. Aquí, trasplantamos células de médula ósea del injerto o del huésped en ratones receptores tratados con radiación.

Los resultados mostraron que los receptores que recibieron HSCs de los fémures trasplantados pudieron mantener una producción de células sanguíneas a largo plazo. Además, no notamos diferencias significativas en las contribuciones de las células donantes a varios tipos de células sanguíneas entre los dos grupos, confirmando que el nuevo modelo reflejó efectivamente el proceso de recuperación de la médula ósea.

#Identificando la Fuente de Células en el Injerto

A continuación, buscamos identificar los orígenes de las células hematopoyéticas y estromales en la médula ósea injertada. Para ello, usamos modelos de ratón que marcaron diferentes tipos de células con colores. Descubrimos que casi todas las BM-MSCs en el injerto provenían del fémur trasplantado, mientras que la mayoría de las células sanguíneas provenían del huésped. Curiosamente, las células endoteliales en el injerto se derivaron tanto del huésped como del injerto.

Estos hallazgos fueron consistentes con estudios previos que mostraron que diferentes células progenitoras contribuyen a las estructuras vasculares dentro de la médula ósea. Se necesita más investigación para aclarar cómo estos diferentes tipos de células trabajan juntas durante el proceso de regeneración.

#El Papel de las Células Madre Periostales (P-SSCs)

Las SSCs periostales son importantes para la reparación ósea, y notamos que aumentaron significativamente en número después de que se transplantó el hueso. A pesar de la disminución en células de la médula ósea, las células periostales mantuvieron su viabilidad. Cuantificamos las P-SSCs y BM-MSCs tiñéndolas con marcadores específicos. Las P-SSCs mostraron la mayor actividad para formar colonias y también tuvieron la capacidad de diferenciarse en varios tipos de células.

Observamos una expansión notable de las P-SSCs a partir de tres días después del proceso de trasplante, alcanzando un pico el día ocho. Estos hallazgos fueron corroborados por estudios de microscopía que revelaron un aumento en progenitores esqueléticos dentro del periostio. Notablemente, encontramos células del periostio moviéndose gradualmente al hueso compacto.

Para evaluar la importancia del periostio en la regeneración general de la médula ósea, comparamos fémures con su periostio intacto y aquellos a los que se les había removido. Encontramos que los fémures sin periostio tenían significativamente menos células y BM-MSCs cinco meses después, sugiriendo que el periostio juega un papel crucial en la recuperación.

#Resistencia al Estrés de P-SSCs vs BM-MSCs

Dado que las P-SSCs pudieron sobrevivir mejor que las BM-MSCs después del trasplante, investigamos las diferencias entre estos dos tipos de células. Nuestro análisis indicó que las P-SSCs expresaron genes vinculados a mantenerse en un estado de reposo y mostraron menor actividad en genes que promueven la división celular. Además, las P-SSCs mostraron una menor actividad metabólica, sugiriendo que están mejor preparadas para enfrentar el estrés en comparación con las BM-MSCs.

También descubrimos que las P-SSCs tenían niveles más bajos de especies reactivas de oxígeno (ROS), que son moléculas dañinas que pueden dañar las células. También expresaron más enzimas antioxidantes que ayudan a neutralizar las ROS, indicando aún más su capacidad para resistir el estrés. Esto sugiere que las P-SSCs pueden sobrevivir mejor que las BM-MSCs en condiciones estresantes como las vistas después del trasplante.

A pesar de estas diferencias, cuando pusimos tanto P-SSCs como BM-MSCs en el mismo ambiente bajo estrés, las P-SSCs se mantuvieron más resilientes. Mostraron menos apoptosis (muerte celular) en comparación con las BM-MSCs, indicando que las P-SSCs tienen propiedades intrínsecas que les ayudan a soportar condiciones de estrés.

#P-SSCs Contribuyendo a la Recuperación de la Médula Ósea

Dado que el trasplante óseo provocó una disminución de las células de la médula ósea con un aumento en P-SSCs, propusimos que estas células podrían migrar a la médula ósea y ayudar en la recuperación. Para probar esta teoría, envolvimos fémures de un tipo de ratón con el periostio de otro tipo y trasplantamos esto en ratones receptores.

Después de cinco meses, encontramos que las BM-MSCs derivadas del periostio estaban presentes en la médula ósea, lo que indica que las P-SSCs pueden migrar y contribuir a la recuperación de la médula ósea. Estas células expresaron genes cruciales para el mantenimiento del nicho, similares a las BM-MSCs nativas. Las células derivadas del periostio parecían adoptar características de las BM-MSCs normales, incluida la capacidad de apoyar a las células formadoras de sangre.

#Conclusión

En resumen, nuestro estudio utilizó un modelo de trasplante de hueso completo para examinar cómo se recupera la médula ósea después de una lesión. Descubrimos que las P-SSCs pueden facilitar la regeneración de las BM-MSCs, destacando su papel en el soporte de la recuperación de células sanguíneas. Esta investigación abre nuevas vías para tratamientos destinados a mejorar la recuperación de la médula ósea en diversas condiciones médicas.

A través de esta investigación, aprendimos que el periostio es una fuente rica de células madre que pueden migrar a la médula ósea y ayudar en la curación. Además, las diferencias en la resistencia al estrés entre P-SSCs y BM-MSCs subrayan la importancia de entender estos tipos de células para futuras aplicaciones terapéuticas. En general, nuestros hallazgos mejoran la comprensión de cómo las células madre contribuyen a la salud y recuperación ósea.