La Regeneración Celular Paso a Paso

19/12/2018

Regeneración de tendón

La regeneración de tejidos es la capacidad de restaurar un tejido lesionado de forma que el nuevo tejido tenga la misma estructura y función que el tejido original. Aunque el organismo tiene capacidad para reparar los tejidos lesionados (piel, hueso, músculo, tendón….) en muchos casos, dependiendo de la magnitud de la lesión y del tipo de tejido, está regeneración es limitada. En este documento nos centraremos en la regeneración del tendón, uno de los tejidos cuya regeneración es más difícil y sobre el que estamos trabajando para demostrar las propiedades de nuestro producto.

Los tendones son un tipo de tejido conjuntivo que une los músculos al hueso. Este tipo de tejidos están sometidos a un elevado estrés mecánico al encargarse de transmitir la fuerza de los músculos a los huesos. Debido a este elevado estrés mecánico, son muy habituales las lesiones de tendón, sobre todo en deportistas, y su curación es complicada debido a la fibrosis, que es la formación de una cicatriz permanente que disminuye las propiedades mecánicas del tendón ocasionando problemas de movilidad a las personas que lo sufren y provocando recaídas en la misma zona de la lesión.

Estructura del tendón

Los tendones están compuestos mayoritariamente por colágeno tipo I, que se dispone de forma altamente organizada uniendo el músculo y el tendón. El colágeno se agrega en forma de microfibrillas y estas microfibrillas se combinan para formar fibrillas que al mismo tiempo se agrupan en fibras, que se alinean de un extremo a otro dentro del tendón. En su estado normal son fibras que se distribuyen a lo largo del tendón de forma paralela entre ellas, muy unidas entre sí(4). Las fibras están recubiertas por una capa delgada de tejido conectivo, conocido como endotenón, formando fascículos. El epitenón, una densa red fibrilar de colágeno, une los fascículos para crear el tendón (figura 1). En menor cantidad también podemos encontrar fibras de elastina, y moléculas pequeñas como proteoglicanos y glucoproteínas, todas estas moléculas, juntamente con el colágeno, forman lo que se llama la matriz extracelular. Por otro lado, los tendones a nivel celular están compuestos por fibroblastos (Células presentes en gran cantidad de tejidos que se encargan de sintetizar y mantener los componentes de la matriz extracelular) que en el caso de tendón se llaman tenocitos y se encargan de sintetizar el colágeno y de mantener la estructura del tendón. En menor cantidad, también se ha observado que hay en el tendón células madre que son precursoras de los tenocitos así como de otros tipos celulares como osteocitos, condrocitos o adipocitos.                              

 

Figura1

Fases regeneración tendón

La regeneración del tendón se realiza en tres fases en las que participan diferentes células y moléculas. Estas fases se solapan entre si y su duración depende del tipo y magnitud de la lesión(1),(2).

1. Fase inflamatoria

Se inicia al producirse la lesión con la formación de un coagulo. Las plaquetas liberan compuestos químicos que favorecen la migración de las células del sistema inmune (neutrófilos y monocitos) a la zona de la lesión. Lo monocitos se transforman en macrófagos, fagocitando todos los materiales necróticos presentes (restos de células y tejido dañado), se inicia también la formación de una red vascular (una red de capilares que aportan nutrientes a la zona del tejido dañado), responsable de la supervivencia del nuevo tejido que va a formarse. En esta fase, las células del sistema inmune liberan factores de crecimiento que activan los fibroblastos, los cuales empiezan a sintetizar componentes de la matriz extracelular como colágeno tipo III.

2. Fase proliferativa

Después de unos días se inicia la fase proliferativa. En esta fase, los macrófagos liberan factores de crecimiento que se favorecen la migración de nuevas células a la zona de la lesión y dirigen su actividad. Diferentes tipos de células, sobre todo fibroblastos procedentes tanto del exterior del tendón como del epitenón (tenocitos) se desplazan a la zona de la lesión. En esta fase, los fibroblastos sintetizan cantidades importantes de colágeno tipo III y otros componentes de la Matriz Extracelular para crear un Matriz Extracelular inicialmente menos organizada (que actúa como estructura temporal, como un “andamio” provisional, durante el proceso de regeneración).

3. Fase remodelación

En esta fase se sustituye el colágeno tipo III (estructura temporal) por el colágeno tipo I (estructura original del tendón, más compleja y estable) disminuye el número de macrófagos, fibroblastos y nuevos capilares. Esto proceso puede durar meses e incluso años.

 

¿Porque son tan difíciles de curar?

En el caso de las lesiones de tendón el tiempo de curación es elevado y en pocos casos se consigue una regeneración completa. La capacidad regenerativa del tendón es más limitado que la de otros órganos y tejidos como por ejemplo el músculo. Esto es debido a la poca vascularización de las áreas tendinosas y a su reducida actividad metabólica(3).

Un paso clave en proceso de regeneración es la sustitución del colágeno de tipo III por colágeno tipo I, es necesario que el tendón recupere su estructura original con fibras de colágeno uniformemente distribuidas, esto no se consigue siempre y da lugar a la formación de tejido cicatrizado donde hay un exceso de colágeno tipo III (fibrosis) y las fibras de colágeno tipo I están menos unidas entre sí. Por otro lado, la proliferación de esta cicatriz a tejidos adyacentes es altamente perjudicial ya que da lugar a la formación de adhesiones (uniones entre el tejido del tendón y tejidos adyacentes como el músculo) que impiden la función normal del tendón, disminuyendo aún más su capacidad motora y funcional.

Algunas hipótesis apuntan a que este exceso de colágeno puede estar relacionado con una fase inflamatoria excesivamente prolongada.  Tal y como se ha comentado, los fibroblastos se activan debida a las señales emitidas de las células inflamatorias, una prolongada exposición a  estas señales puede dar lugar a un excesiva producción de colágeno tipo III y por lo tanto a un exceso de tejido fibrótico(5). La finalización de la fase inflamatoria implica la conversión de células como macrófagos o células T desde un fenotipo pro-inflamatorio a un fenotipo anti-inflamatorio (favoreciendo que estos emitan señales antinflamatorias en forma de citoquinas) por lo que controlar esta conversión puede ser una estrategia clave para reducir la fibrosis y favorecerla regeneración de los tejidos(6).

Por otro lado, el origen de las células que participan en el proceso regenerativo también es importante. En este sentido, una excesiva migración de fibroblastos procedentes del exterior frente a una menor activación de los tenocitos internos, da lugar a la formación de un exceso de colágeno y una menor organización de este, así como también la formación de adherencias entre el tendón y los tejidos circundantes(7).

Otra hipótesis apunta hacia una diferenciación inapropiada de las células durante el proceso de reparación, en este sentido las células madre, no se diferencian en tenocitos, responsables del mantenimiento de la matriz extracelular, sino en otras series celulares como osteocitos, condrocitos y adipocitos, dando lugar a la degeneración y osificación de la matriz extracelular(8).

En todo caso, un correcto tratamiento para este tipo de lesiones tendría que poder (a) regular de forma equilibrada la duración y resolución de la fase inflamatoria y (b) potenciar la correcta migración, proliferación, diferenciación y actividad de los tenocitos y sus precursores en la zona de la lesión.  

 

Aproximaciones biológicas para el tratamiento de Tendinopatías

Las aproximaciones biológicas para el tratamiento de lesiones  de tendón han levantado en los últimos años unas grandes expectativas. Tal y como se ha comentado, el proceso de reparación del tendón implica una gran cantidad de agentes que actúan de forma coordinada, por lo que la posibilidad de potenciar la capacidad reparadora del propio organismo el uso de terapias basadas en dichos agentes (células y factores de crecimiento) es a priori una aproximación muy interesante.

Uno de los métodos más extendidos se basa en el uso de factores de crecimiento (o plasma rico en plaquetas). Este método se basa en el uso de una fracción de la sangre de los pacientes, previamente extraída, que contiene cantidades elevadas de plaquetas. De todos modos, a pesar de la notoriedad que ha adquirido debido a su uso en deportistas de élite, no hay evidencia de que la administración de factores de crecimiento por sí sola induzca la regeneración del tendón y la eliminación de la cicatriz(9). Hay que tener en cuenta que existen varios dispositivos que permiten fabricareste tipo de producto partir de la propia sangre del paciente, estratificando la sangre a través de un proceso de centrifugación y recogiendo un fracción determinada que puede contener cantidades variables de factores de crecimiento, por lo que la composición exacta puede variar de un producto a otro. Son muchas las dudas que hay aún por resolver, ¿cuál es la fracción más adecuada? ¿Qué cantidades son más efectivas? ¿Cual tiene que ser el protocolo de administración?

Por otro lado el uso de células madre también tiene un gran potencial debido a la capacidad de este tipo de células para diferenciarse en tenocitos, una de las células clave en la reparación del tendón. Su uso aún está en una fase muy experimental, se necesitan más ensayos para evaluar la seguridad y eficacia de este tipo de productos y aún quedan cuestiones por resolver como qué tipo de células madre son más adecuadas(10), cual es la cantidad óptima, cómo y en qué momento se deben subministrar y si éstas son capaces de diferenciarse en un entorno diferente al de su origen.

Aproximación M2R

La aproximación M2R se basa en el uso de plasma que contiene plaquetas pero también  leucocitos, con lo que también contiene monocitos, otro componente celular clave en el proceso de regeneración celular, no solo debido a su actividad fagocitadora  en tejido sino también a su participación en todas las fases del proceso, liberando citoquinas y factores de crecimiento que promueven la proliferación y actividad de las células. Nuestro equipo ha demostrado que la fracción escogida durante el proceso de separación de la sangre contiene cantidades significativas de citoquinas anti-inflamatorias  como la interleuquina-10 (IL10), clave para regular la resolución de la inflamación, y también de la lipocalina asociada a gelatinasa de neutrófilos (NGAL, en sus siglas en inglés), una proteína expresada y secretada por las macrófagos que actúa como factor de crecimiento y diferenciación celular en diferentes tipos de células(11) y que juega un papel clave en la regeneración de órganos como el riñón(12). En colaboración con investigadores del Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona, ha desarrollado un protocolo que permite maximizar el efecto de esta terapia, con muy buenos resultados en cuanto a tiempo de recuperación y reducción de la cicatriz. Cuando se ha probado en modelos experimentales, se ha observado por ejemplo una reducción de los marcadores de fibrosis lo que indica su gran potencial para reducir cicatrices.

Redacción M2RLab

Referencias

1. Schneider,M.; Angele, P.; Järvinen, T.A.H.; Docheva, D. Rescue plan for Achilles: Therapeutics steering the fate and functions of stem cells in tendon wound healing. Adv. Drug. Deliv. Rev. 2017

2. Lin TW, Cardenas L, Soslowsky LJ. Biomechanics of tendon injury and repair.J. Biomech. 2004; 37:865–877

3. Lui PP. Stem cell technology for tendon regeneration: current status, challenges, and future research directions Stem Cells and Cloning: Advances andApplications 2015:8 163–174

4. Docheva, D., Müller, S. A., Majewski, M.,& Evans, C. H. (2015). Biologics for tendon repair. Advanced drug delivery reviews, 84, 222-239.

5. Graham, J. G., Wang, M. L., Rivlin, M., & Beredjiklian, P. K. (2018). Biologic and mechanical aspects of tendon fibrosis after injury and repair. Connective tissue research, 1-11.

6. Sass, F., Fuchs, M., Pumberger, M., Geissler, S., Duda, G., Perka, C., & Schmidt-Bleek, K. (2018). ImmunologyGuides Skeletal Muscle Regeneration. International journal of molecular sciences, 19(3), 835.

7. Lomas AJ, Ryan CNM, Sorushanova A, Shologu N, Sideri AI, Tsioli V, Fthenakis GC, Tzora A, Skoufos I, Quinlan LR, O’Laighin G,Mullen AM, Kelly JL, Kearns S, Biggs M, Pandit A, Zeugolis DI (2015) The past, present and future in scaffold-based tendon treatments. Adv Drug Del Rev 84: 257-277.

8. Zhang, X., Lin, Y. C., Rui, Y. F., Xu, H.L., Chen, H., Wang, C., & Teng, G. J. (2016). Therapeutic roles of tendon stem/progenitor cells in tendinopathy. Stem cells international, 2016.

9. Galatz, L. M., Gerstenfeld, L., Heber‐Katz,E., & Rodeo, S. A. (2015). Tendon regeneration and scar formation: the concept of scarless healing. Journal of Orthopaedic Research, 33(6), 823-831.

10. Liu, L., Hindieh, J., Leong, D. J., &Sun, H. B. (2017). Advances of stem cell based-therapeutic approaches fortendon repair. Journal of orthopaedic translation, 9, 69-75.

11. Schmidt-Ott, K. M., Mori, K., Li, J. Y., Kalandadze, A., Cohen, D. J., Devarajan, P., & Barasch, J. (2007). Dual action of neutrophil gelatinase–associated lipocalin. Journal of the American Society of Nephrology, 18(2), 407-413

12. Sola, A., Weigert, A., Jung, M., Vinuesa,E., Brecht, K., Weis, N., & Hotter, G. (2011). Sphingosine‐1‐phosphatesignalling induces the production of Lcn‐2 by macrophages to promote kidney regeneration. The Journal of pathology,225(4), 597-608

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