Atrás Un estudio del BCN MedTech de la UPF define un nuevo modelo para identificar las causas de la artrosis en cada paciente, la base para personalizar los tratamientos de cara al futuro

Un estudio del BCN MedTech de la UPF define un nuevo modelo para identificar las causas de la artrosis en cada paciente, la base para personalizar los tratamientos de cara al futuro

Los factores que pueden provocar la artrosis, la enfermedad articular más frecuente de los países occidentales, pueden ser diferentes en cada persona. Por tanto, la definición de un modelo que permite identificar cuáles son las causas concretas que la provocan o la aceleran en cada paciente constituye la base para desarrollar tratamientos más personalizados y eficaces contra la enfermedad de cara al futuro. Se trata de un modelo computacional, que simula las comunicaciones entre las proteínas dentro de las células de las articulaciones.

17.02.2023

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Un reciente estudio de la Unidad de Investigación BCN MedTech de la UPF aporta un nuevo modelo computacional que simula las comunicaciones entre las proteínas dentro de las células de articulaciones y permite identificar mejor los factores que provocan la artrosis en cada paciente. La creación de este modelo computacional es especialmente relevante, porque los factores que provocan esta patología pueden ser diferentes en cada persona. Por lo tanto, identificar cuáles son las causas concretas en cada caso es clave para desarrollar futuro tratamientos más personalizados y eficaces contra la artrosis.

Esta investigación se expone en el artículo “Network-based modelling of mechano-inflammatory chondrocyte regulation in early osteoarthritis”, publicado el pasado 3 de febrero en la revista Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, que han elaborado conjuntamente tres investigadores del Barcelona Centre for New Medical Technologies (BCN Med Tech) del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones de la UPF (DTIC). Se trata de Maria Segarra-Queralt, primera autora del artículo e investigadora del BCN MedTech; Gemma Piella, responsable de esta Unidad de Investigación y catedrática del DTIC; y Jérôme Noailly, que coordina el área de Biomecánica y Mecanobiologia del BCN MedTech y es el investigador principal del estudio.

Cerca de 7 millones de personas sufren artrosis en todo el Estado

El artículo se centra en la artrosis (u osteoartritis), enfermedad debida a la pérdida del cartílago de las articulaciones, el tejido que recubre la parte final de los huesos largos para asegurar el buen funcionamiento de las articulaciones y amortiguar los posibles golpes que pueden recibir a lo largo de la vida. La modalidad de la artrosis más común e incapacitante es la artrosis de rodilla. Durante el desarrollo de la enfermedad, los pacientes suelen experimentar dolores intensos en las articulaciones afectadas y pérdida de movilidad. Esto comporta que las personas con artrosis sufran dolor crónico, depresión o insomnio y que, a causa del malestar, incrementan sus conductas sedentarias, lo cual repercute a la vez negativamente en la evolución de la osteoartritis y otras enfermedades crónicas.

 La incidencia de la artrosis tiende al alza en los países occidentales debido al envejecimiento de la población, puesto que su prevalencia aumenta con la edad, y también con los estilos de vida más sedentarios (que son a la vez causa y consecuencia de la enfermedad). En el Estado español, esta enfermedad afecta a cerca de 7 millones de personas, con el consiguiente impacto que esto tiene sobre el sistema social, económico y sanitario, según datos de la Sociedad Española de Medicina Familiar y Comunitaria facilitadas por AECOSAR (Asociación Española con la Osteoporosis y la Artrosis).

Jérôme Noailly, investigador principal del estudio: “con las técnicas existentes hasta ahora, es extremadamente complejo que los médicos y médicas puedan determinar las causas que han provocado la artrosis en cada paciente y decidir el tratamiento más adecuado según el caso”

Actualmente, solo existen tratamientos paliativos de la artrosis en forma de ejercicio, analgésicos o cirugías para la implantación de prótesis (de rodilla, cadera...). Hasta ahora, debido al origen multifactorial de la enfermedad, ha sido especialmente difícil encontrar terapias eficaces contra su progresión o para regenerar el cartílago dañado. Si bien tradicionalmente su origen se ha relacionado con factores mecánicos como traumatismos o sobrecargas, también puede estar causada por factores proinflamatorios o genéticos. Las causas de tipo inflamatorio de la artrosis suelen estar vinculadas al envejecimiento, pero también a la coexistencia de otras enfermedades y no afectan por igual a mujeres y hombres (las mujeres están más afectadas). Cierto tipo de enfermedades (por ejemplo, metabólicas) aumentan el riesgo que las células inflamatorias de la sangre se infiltren en las articulaciones, cosa que incrementa el riesgo de la aparición de la artrosis. Los factores proinflamatorios, que a la vez aparecen en la articulación, contribuyen a la degradación del cartílago y a la intensificación del dolor, que puede conducir a procesos de sensibilización del sistema nervioso central, difíciles de controlar. En resumen, existen muchos factores que predisponen más a unas personas que a otras a sufrir la artrosis y el dolor será diferente para cada persona. Por lo tanto, también tendrían que ser diferentes las estrategias terapéuticas a seguir en cada caso.

En este sentido, Jérôme Noailly, investigador principal del estudio, expone: “con las técnicas existentes hasta ahora, es extremadamente complejo que los médicos y médicas puedan determinar las causas que han provocado la artrosis y el dolor en cada paciente y decidir el tratamiento más adecuado según el caso. Noailly añade: ”hasta el momento a los médicos y médicas los cuesta mucho diferenciar si un síntoma principal de la enfermedad, como el dolor crónico, es neurogénico o de origen inflamatorio”. Tampoco se ha podido definir hasta ahora el perfil mecánico de cada paciente, es decir, cómo impactan sobre las células de sus cartílagos articulares los movimientos mecánicos (sobrecargas, torsiones...). El conocimiento del perfil mecánico de cada paciente también es fundamental para personalizar las terapias a las necesidades de cada paciente, porque la reacción de las células del cartílago a los estímulos bioquímicos depende de las cargas mecánicas.

Maria Segarra, primera autora del estudio: “Creemos que nuestro modelo es un paso más hacia la medicina personalizada, que es la clave para abordar enfermedades multifactoriales como la artrosis”

Para avanzar en la búsqueda de tratamientos y medicamentos más eficaces y personalizados contra la artrosis, la investigación de los investigadores del BCN MedTech de la UPF plantea un modelo para evaluar ágilmente, a partir de un escaneo rápido, cuál es el perfil biológico y mecánico de cada paciente y qué tipo de terapia le puede funcionar mejor. “Podríamos obtener un tipo de huella del perfil biológico de cada paciente que aumentaría la capacidad de diagnóstico clínico. Por lo tanto, creemos que nuestro modelo es un paso más hacia la medicina personalizada, que es la clave para abordar enfermedades multifactoriales como la artrosis” – expone Maria Segarra, primera autora del estudio.

La definición de este modelo se basa en examinar cómo impactan los estímulos mecánicos e inflamatorios sobre las células del tejido cartilaginoso de las articulaciones (o condrocitos). Para relacionar el estado de estas células con los factores mecánicos e inflamatorios, se ha desarrollado un modelo computacional basado en redes, que integra gran cantidad de conocimiento de la biología del cartílago articular para simular comportamientos mecanobiológicos. Los 118 nodos de la red representan proteínas y otras moléculas importantes por la regulación de la actividad de los condrocitos y las 300 interacciones, las acciones de las moléculas las unas sobre las otras.

A través de este modelo computacional, se ha estudiado el comportamiento de los condrocitos en cuatro casos: bajo condiciones homeostáticas, que representan situaciones sanas o seguras; bajo condiciones proinflamatorias; en situaciones mecánicas adversas (posturas estáticas, compresiones, torsiones...) y cuando se aplica una terapia regenerativa de tipo antiinflamatorio. También se ha hecho un análisis de sensitividad para determinar cuál de estas situaciones afecta más el metabolismo de los condrocitos, sea de forma positiva o negativa.

Las principales novedades que aporta el estudio sobre las causas de la artrosis

El estudio aporta cuatro novedades relevantes en cuanto a las causas generales que pueden provocar o agudizar la artrosis. En primer lugar, la investigación ha concluido que las moléculas proinflamatorias (las denominadas citocinas proinflamatorias) son las que en mayor medida causan y hacen progresar la enfermedad. En segundo lugar, ha podido constatar que las conductas sedentarias (u otras situaciones en que los cartílagos reciben cargas mecánicas de baja intensidad pero estáticas y prolongadas en el tiempo) favorecen el dolor de origen inflamatorio derivado de la artrosis. En tercer lugar, ha determinado que los tratamientos de la artrosis basados en moléculas antiinflamatorias del propio paciente pueden ayudar a disminuir las señales de dolor de origen inflamatorio. En cuarto lugar, el estudio indica que las sobrecargas mecánicas (por ejemplo, por los excesos de peso) inhiben el potencial regenerativo del cartílago. 

Esta investigación se ha realizado con el apoyo y financiación de la Generalitat de Cataluña y la Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación (beca 2020 FINO B 00680), el Ministerio de Ciencia e innovación del Estado español (*MICINN) y la Agencia Española de Investigación (AEI) a través del proyecto de generación de conocimiento STRATO (PID2021-126469OB-C21), la Comisión Europea y lo European Research Council (ERC) a través de los proyectos Disc4All (MSCA- 2020-ITN-ETN GA: 955735) y O-Health (ERC-2021-*CoG-101044828).

Artículo de referencia:

“Network-based modelling of mechano-inflammatory chondrocyte regulation in early osteoarthritis”

Maria Segarra-Queralt, Gemma Piella y Jérôme Noailly

Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 3 de febrer de 203

DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1006066

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