Effect of the microenvironment in the in vitro chondrogenic and osteogenic differentiation of mouse embryonic fibroblasts

Resumen

Durant els últims anys, el nostre grup s’ha centrat en l’estudi de models experimentals de formació de cartílag i ós amb l’objectiu d’entendre els paràmetres biomecànics i biològics que regulen la formació dels teixits que formen l’esquelet. En particular, resultats previs obtinguts en el nostre laboratori indiquen que quan els fibroblasts embrionaris de ratolí (de l’anglès, “mouse embryonic fibroblasts”, MEFs) es cultiven in vitro en el pèptid auto-ensamblable RAD16-I, emprant un sistema de cultiu tridimensional (3D), els MEFs són capaços d’adquirir una capacitat de diferenciació multipotencial, iniciant un procés espontani de diferenciació condrogènica. En aquesta tesis, es va estudiar amb més detall el procés amb l’objectiu d’entendre els possibles mecanismes moleculars que modulen el procés de diferenciació condrogènica d’aquestes cèl•lules. Per a tal efecte es va avaluar l’influencia que les propietats de la matriu poden tenir en el procés de diferenciació i la possible participació de gens involucrats en l’organització primerenca de teixits. De manera interesant, es va veure que només sota certes condicions mecàniques caracteritzades per una rigidesa de la matriu baixa (G’=0,1KPa), el sistema va ser capaç d’iniciar la diferenciació condrogènica, cosa que va semblar venir regulada per la balança entre l’inductor condrogènic BMP4 i el seu antagonista Noggin, d’una manera similar al que succeeix in vivo. Per una altra banda, en aquesta tesis es va descriure un model nou i simple en el qual es podrien estudiar in vitro els esdeveniments moleculars involucrats en la formació d’ós, a través del procés d’ossificació endocondral. Per a tal efecte, cultius tridimensionals de MEFs en procés de condrogènesis es van cocultivar amb cèl•lules endotelials. Aquestes noves condicions van permetre al sistema redirigir-se cap a una diferenciació osteogènica, provat per l’expressió del marcador hipertròfic col•lagen tipus X i la mineralització de la matriu en les zones d’interacció entre els MEFS i les cèl•lules endotelials. Tals resultat suggereixen un clar diàleg entre ambdós tipus cel•lulars. Finalment també es va descriure el desenvolupament d’un nou material per a diferents aplicacions en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, format per la simple combinació del pèptid d’auto-assemblatge RAD16-I i el polisacàrid heparina. Es va observar que aquest material exhibia la unió i alliberació seqüencial del factor de creixement – amb domini d’unió de l’heparina – VEGF165. A part, el nou material va permetre la formació d’estructures tubulars en un cultiu 3D de cèl•lules endotelials. Aquests resultats suggereixen que aquest sistema podria promoure el desenvolupament d’un teixit vascularitzat i com a conseqüència, afavorir la regeneració d’un teixit fet malbé. Aquesta plataforma es podria emprar en diferents aplicacions de l’enginyeria de teixits fent servir molècules amb afinitat d’unió de l’heparina com el TGF?-1, el qual és un conegut inductor condrogènic.