Vés enrere Entendre la biologia i possibles tractaments biològics del cartílag a l'artrosi de genoll, via modelat computacional

Entendre la biologia i possibles tractaments biològics del cartílag a l'artrosi de genoll, via modelat computacional

L'àrea de Biomecànica i Mecanobiologia de la unitat de recerca BCN MedTech de la UPF desenvolupa un model computacional de la regulació de les proteïnes pels condròcits, un tipus de cèl·lula que es troba només en el teixit cartilaginós. Els primers resultats sobre el desenvolupament, la validació i la utilitat del model s'han publicat a la revista Scientific Reports.
24.03.2022

Imatge inicial

L'àrea de Biomecànica i Mecanobiologia de la unitat de recerca BCN MedTech de la UPF desenvolupa un model computacional de la regulació de les proteïnes pels condròcits, un tipus de cèl·lula que es troba només en el teixit cartilaginós. Els primers resultats sobre el desenvolupament, la validació i la utilitat del model s'han publicat a la revista Scientific Reports.

La desregulació de l'activitat dels condròcits del cartílag articular és la base de l'artrosi, una malaltia degenerativa que afecta més del 3% de la població mundial, amb una incidència que augmenta en general amb l'edat. La malaltia també és més prevalent en les dones. És una malaltia debilitant les manifestacions més típiques de les quals són el dolor crònic, l'alteració de la funció i la reducció de la qualitat de vida de les persones.

La investigadora doctoral Maria Segarra-Queralt és l'autora principal de l'estudi i explica que “a la base de l'artrosi hi ha una descompensació entre la síntesi (anabolisme) i la degradació (catabolisme) dels components de la matriu extracel·lular pels condròcits, però fins ara no entenem bé com funciona aquest procés”. Jérôme Noailly, director de l'estudi juntament amb Gemma Piella, explica que “és molt complicat mesurar i anticipar els efectes simultanis de tots els factors que afecten la regulació dinàmica dels condròcits i intervenen a l'artrosi. Per això, el modelatge computacional ha adquirit una importància creixent en els estudis de tals patologies i els seus tractaments”.

La desregulació de l'activitat dels condròcits del cartílag articular és la base de l'artrosi, una malaltia degenerativa que afecta més del 3% de la població mundial, amb una incidència que augmenta en general amb l'edat. La malaltia també és més prevalent en les dones.

Tot i els esforços i progressos en medicina regenerativa, no es coneix un mecanisme que permeti revertir la balança entre síntesi i degradació, cosa que afecta l'eficiència i la reproductibilitat de possibles tractaments regeneratius. Per això, els tractaments convencionals se centren a intentar controlar els símptomes, però no curen i no són duradors. “Fins ara, el que sabem és que, per si mateix, el cartílag no es regenera i per això hem d'entendre bé com passa aquest desequilibri”, continua Segarra-Queralt.

Hi ha dues teories sobre l'origen d'aquesta degradació: una considera que són els estímuls biomecànics (per un trauma o els generats per l'ús) els que fan que hi hagi una destrucció més gran del cartílag i una estimulació de les cèl·lules cap a una activitat procatabòlica. L'altra teoria culpa la inflamació, expressada a través d'una gran presència de citocines que augmenten l'expressió d'enzims que degraden el cartílag. "El més probable és que en algun moment tots dos mecanismes actuïn conjuntament", afegeix Jordi Monfort, cap de reumatologia de l'Hospital del Mar i coautor de l'estudi. Estats de salut amb processos inflamatoris, com la síndrome metabòlica, són comunament presents en els pacients amb artrosi.

La investigació, en col·laboració amb investigadors en biologia de sistemes, de la Universitat Tècnica Nacional d'Atenes, i en inflamació i cartílag, de l'Institut Hospital del Mar d'Investigacions Mèdiques (IMIM) de Barcelona, ​​analitza les interaccions entre les principals proteïnes inflamatòries i els enzims encarregats de la degradació del cartílag a nivell cel·lular amb un model matemàtic basat en una xarxa. "Creem al voltant de 1800 models diferents i el que presentem a l'estudi és el que millor prediu (amb un 95% de precisió) el comportament dels condròcits".

Van començar analitzant la literatura existent sobre aquestes interaccions i van veure que a la literatura hi havia una clara desviació cap al catabolisme. “És a dir, aquests models només ens podien donar informació sobre l'activitat procatabòlica dels condròcits i no tenia en compte la capacitat de síntesi de cartílag nou”, cosa que limita molt l'explotació del coneixement disponible per explorar i entendre les transicions entre els processos biosíntetics que protegeixen el cartílag i els catabòlics que degraden el teixit. Per aquesta raó van haver de realitzar un model que sí que tingués en compte aquesta síntesi.

Per evitar que hi hagués un biaix en introduir les dades de les noves variables, una cosa molt comuna al modelat per ordinador, van utilitzar experiments in vitro per calibrar els paràmetres del model i validar els resultats.

“El model seria un primer pas per fer un cribratge ràpid dels possibles tractaments adequats per a una determinada persona. D'aquesta manera podríem predir el millor tractament per a cada pacient, cosa que redundarà en una disminució del cost econòmic”

En la seva versió actual, aquest model ja ha permès entendre millor resultats de tractament per a l'artrosi mitjançant injeccions de factors antiinflamatoris autòlegs. També permetrà prediccions personalitzades basades en les dades de cada pacient, incloent-hi l'anàlisi biològica del fluid sinovial de les articulacions. “El model seria un primer pas per fer un cribratge ràpid dels possibles tractaments adequats per a una determinada persona. D'aquesta manera podríem predir el millor tractament per a cada pacient, cosa que redundarà en una disminució del cost econòmic”, conclou Segarra-Queralt.

En una segona part de l'estudi, Segarra-Queralt, Piella i Noailly estan incorporant al model els estímuls biomecànics per poder entendre com es comporten les cèl·lules del cartílag del genoll sota determinades situacions d'estrès mecànic. Per aquest treball, Segarra-Queralt va rebre l'octubre del 2021 el premi a la millor contribució científica (best scientific contribution award) que atorga el Capítol Nacional Espanyol de la Societat Europea de Biomecànica (CAPESB).

La investigació es va realitzar amb el suport de la Generalitat de Catalunya (beca 2020 FI_B 00680), Marie Skłodowska-Curie Actions (projecte Disc4All MSCA-2020-ITN-ETN GA: 955735) i del Govern Espanyol (beca RYC- 2018-8; projecte HOLOA-DPI2016-80283-C2-1/2-R).

Multimèdia

Categories:

ODS - Objectius de desenvolupament sostenible:

03. Salut i benestar
Els ODS a la UPF

Contact

Per a més informació

Notícia publicada per:

Oficina de Comunicació