Els discos intervertebrals són els coixinets cartilaginosos que separen cadascuna de les vèrtebres de la columna vertebral gràcies als quals les vèrtebres es mantenen juntes i amb un cert grau de mobilitat. La degeneració dels discs depèn de molts factors i a l'hora de tractar o prevenir aquesta malaltia, una gran dificultat resideix en la identificació de mecanismes o seqüències concretes de destrucció dels teixits del disc per tal de trobar dianes terapèutiques eficients.

La nutrició de les cèl·lules del disc intervertebral podria estar compromesa per càrregues mecàniques estàtiques i resultar en processos degeneratius clínicament rellevants

El disc intervertebral és l'òrgan no vascularitzat més gran del cos humà, i la supervivència i activitat anabòlica de les seves cèl·lules depèn de la difusió de glucosa des dels vasos sanguinis perifèrics fins a l'interior del disc. Partint de la premissa que una fina capa de teixit (menys d'un mil·límetre de gruix), anomenada placa terminal cartilaginosa (cartilaginous endplate), entre el disc intervertebral i les vèrtebres, pot estar subjecta a un procés de degradació precoç, la nutrició de les cèl·lules del disc podria estar compromesa per càrregues mecàniques estàtiques i resultar en processos degeneratius clínicament rellevants, segons es desprèn d'un estudi teòric publicat el 19 de setembre a la revista Frontiers in Physiology que aporta una nova visió del procés degeneratiu del disc intervertebral.

Aquest ha estat un treball dut a terme per Jérôme Noailly, amb Carlos Ruiz Wills i Miguel A. González Ballester (ICREA), investigadors de l' BCN MedTech del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF, conjuntament amb investigadors de la Universitat d'Oulu (Finlàndia).

Avaluem com els canvis moderats en la composició de les plaques terminals cartilaginoses podien afectar la nutrició del disc i la viabilitat cel·lular en la degeneració del disc intervertebral

Les plaques terminals cartilaginoses són unes capes de cartílag que se situen a la part superior i inferior del disc i són una de les vies principals de difusió de glucosa per a la nutrició de les cèl·lules que conformen el disc intervertebral. Fins ara s'havia considerat que l'esclerosi de la plaqueta òssia adjacent era la responsable de la disminució de la difusió i la nutrició de les cèl·lules del disc. No obstant això, diverses evidències experimentals i fins i tot clíniques no solen ser compatibles amb aquesta hipòtesi.

Per aquest motiu "avaluem com els canvis moderats en la composició de les plaques terminals cartilaginoses podien afectar la nutrició del disc i la viabilitat cel·lular en la degeneració del disc intervertebral", expliquen Carlos Ruiz Wills i Jérôme Noailly, primer autor i investigador principal del treball, respectivament.

Un model de placa terminal cartilaginosa

Els investigadors han desenvolupat un model de placa terminal cartilaginosa amb una nova formulació de permeabilitat basada en la composició de la placa. Representant els vasos sanguinis perifèrics al disc intervertebral, el contorn del model està alimentat per concentracions fixes dels soluts (glucosa, oxigen, lactat) que intervenen en la nutrició de les cèl·lules simulada en tot el disc per un model metabòlic. En el model, a la interacció entre la difusió de nutrients i el metabolisme del disc s’afegeixen deformacions mecàniques,  calculades per a diversos cicles de càrrega mecànica diària que corresponen a períodes de descans i d'activitat física moderada.

La degeneració de les plaques terminals cartilaginoses és una condició indispensable per provocar la mort per inanició de les seves cèl·lules i això repercuteix en la degeneració del disc intervertebral

Partint d'aquest model, els autors han posat de manifest que la permeabilitat de les plaques terminals cartilaginoses augmenta amb la degeneració i envelliment del teixit, d'acord amb els estudis in vivo. Però a més "els nostres resultats indiquen que la degeneració de les plaques pot ser la responsable de la deshidratació del nucli polpós (nucleus pulposus - vegeu imatge) -part central del disc, de tipus gelatinós, que resisteix i redistribueix les forces de compressió de les vèrtebres gràcies a l'aigua que conté- sota càrrega mecànica.

Aquesta càrrega mecànica fa que l'aigua del nucli s'escapi per la placa degenerada, i que localment l'estructura porosa del nucli deshidratat col·lapsi. Aquest col·lapse afectaria particularment als nivells d'oxigen, lactat i glucosa a prop de l'anell fibrós (annulus fibrosus), un fibrocartílag que envolta el nucli, controla gran part de les deformacions del disc davant moviments de flexió i torsió del tronc i impedeix que el material que conforma el nucli polpós s'escapi (hèrnia discal).

Aquest estudi teòric qüestiona el paradigma actual que sol atribuir a les calcificacions de les plaques terminals la causa de la inanició cel·lular en el disc, i suggereix un camí alternatiu per a la comprensió de la degeneració del disc intervertebral; un nou enfocament en el qual la degradació primerenca de les plaques terminals cartilaginoses juga un paper primordial.

"D'una banda, el possible col·lapse de part del nucli polpós sa i el dany biològic de l'anell fibrós per estrès nutritiu de les cèl·lules circumdants, després d'un problema inicial en les plaques cartilaginoses, explicarien que l'herniació de l'anell no sigui sempre una conseqüència de la degeneració del nucli. D'altra banda, les simulacions realitzades aporten mecanismes racionals que podrien explicar perquè els discos amb senyals de degeneració a nivell de les plaques cartilaginoses solen patir processos degeneratius més severs i precoços, apuntant a aquestes plaques cartilaginoses com una possible diana terapèutica important", explica Jérôme Noailly.

Treball de referència:

Carlos Ruiz Wills, Baptiste Foata, Miguel Á. González Ballester, Jaro Karppinen, Jérôme Noailly (2018), "Theoretical Explorations Generate New Hypotheses About the Role of the Cartilage Endplate in Early intervertebral Disk Degeneration", Frontiers Physiology, 19 de setembre, https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01210.