Investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad de Washington en St. Louis dicen que el desafortunado bucle biológico de «prealimentación» hace que las células del cartílago en la articulación afectada contribuyan realmente a la progresión de la enfermedad.
El investigador del dolor y científico mecánico Wolfgang Lidtke, profesor de neurociencia en la Universidad de Duke, se asoció con un ex becario de Duke y experto en cartílago Farshid Gilak, quien actualmente se encuentra en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, para examinar la actividad de los canales iónicos sensibles a la presión en cartílago. Su estudio aparece en la semana del 22 de marzo en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
El cartílago es el tejido flexible, altamente lubricado y de baja fricción que recubre las superficies de las articulaciones, amortigua los movimientos y absorbe millones de ciclos de estrés mecánico. Cuando el cartílago se colapsa en la dolorosa osteoporosis, los extremos de los huesos pueden unirse, lo que aumenta aún más el dolor.
Las células que forman y mantienen el cartílago se denominan condrocitos, y en su superficie se pueden encontrar canales iónicos sensibles a la fuerza, denominados Piezo1 y Piezo2. En respuesta a cargas mecánicas en la articulación, los canales piezoeléctricos envían señales a la célula que pueden alterar la actividad genética en esa célula.
Normalmente, los condrocitos producen matriz extracelular, proteínas estructurales y otras biomoléculas que le dan al cartílago rigidez mecánica, flexibilidad y baja fricción. Pero en la osteoporosis, la degeneración y disfunción de estas células, que no pueden repararse por división celular, contribuyen a la degradación gradual del cartílago.
Una de las otras características distintivas de la osteoartritis es la inflamación crónica de bajo grado, impulsada por una molécula de señalización llamada interleucina-1 alfa. Utilizando células de cartílago de cerdos y de articulaciones humanas que se han extraído para cirugías de reemplazo, los investigadores querían averiguar cómo afecta la inflamación a las células del cartílago.
Descubrieron que las señales de interleucina le dicen a la célula que produzca más canales piezoeléctricos, lo que hace que la célula sea más sensible a la presión y conduce a lo que los investigadores llaman un bucle dañino de « alimentación hacia adelante » que conduce a una mayor degradación del cartílago.
«La interleucina reprograma las células del cartílago para que sean más sensibles al choque mecánico», dijo Lydec. «El ciclo de alimentación hacia adelante los tritura lentamente y la celda no se puede reemplazar».
Liedtke describe una célula de cartílago sana como una pelota que rebota, «como una pelota de tenis» que permanece rígida debido a una matriz interna de fibras de actina. Pero cuando estas células pierden su capacidad para reemplazar las fibras de actina, «se vuelven mucho más suaves y esponjosas».
Desafortunadamente, los investigadores descubrieron que cuanto más esponjosos se volvían, más canales piezoeléctricos se creaban.
«Los canales piezoeléctricos sobreexpresados hacen que los condrocitos inflamados sean extremadamente sensibles al trauma mecánico, lo que aumenta el riesgo de lesión del cartílago inducida mecánicamente y el posterior desarrollo de inflamación articular», dijo el ingeniero biomédico, Hasil Lee, primer autor y socio correspondiente que se mudó de Liedtke-Lab a abrir su propio laboratorio en la Universidad de Rochester
«Es el cartílago que se reprograma a sí mismo para hacer más daño», dijo Lydec.
Para confirmar aún más, los investigadores encontraron que al bloquear la actividad de los canales piezoeléctricos, la esponja de condrocitos se puede revertir.
La osteoartritis es la forma más común de artritis y afecta a millones de personas en todo el mundo a través del dolor y la rigidez de las articulaciones. Es más común en las rodillas, las caderas y la columna.
“Aprendimos que la carga articular mecánica es necesaria para mantener la salud del cartílago”, dijo Gelak. «En este estudio, descubrimos un mecanismo por el cual la sobrecarga en condiciones inflamatorias puede conducir a una condición que puede conducir a la degeneración progresiva del cartílago».
«Siempre estamos buscando mecanismos nutricionales avanzados como facilitadores de enfermedades crónicas», dijo Lydec. “Encontramos uno aquí, que nos abre la puerta para crear terapias modificadoras de enfermedades que actualmente no existen en el caso de la osteoporosis
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