Tratamiento con células madre mesenquimales en un modelo experimental ovino de osteonecrosis de cabeza femoral

Abstract

La osteonecrosis de cabeza femoral (ONCF) se define como la muerte tisular asociada a un proceso isquémico y a la sucesiva destrucción del tejido óseo de la cabeza del fémur. Debido a las características anatómicas y vasculares, la articulación de la cadera presenta una propensión especial para la osteonecrosis. Esto conlleva una repercusión clínica muy trascendente debido al desarrollo de una artrosis y pérdida progresiva de la función articular en las fases más avanzadas, resultando en una situación muy dolorosa e incapacitante para los pacientes y con un elevado coste para el sistema sanitario. Los tratamientos actuales centrados en la regeneración del tejido óseo dañado presentan resultados de escasa fiabilidad y gran variabilidad, por lo que dentro del campo de la medicina regenerativa se está apostando en la ingeniería tisular y la terapia celular para desarrollar nuevos tratamientos enfocados en estimular la formación ósea e incluso revertir la osteonecrosis en los estadios más iniciales. La terapia celular con células madre mesenquimales (MSC) de origen autólogo se ha demostrado segura y con un potencial regenerativo reportado en varios estudios preclínicos y ensayos clínicos, pero la obtención de células del propio paciente conlleva el consiguiente coste de morbilidad, tiempo y producción. Un enfoque cuya aplicación celular tenga un origen alogénico y donde la dosis de células administradas pueda ser optimizada permitiría disponer de productos de ingeniería tisular y terapia celular avanzada en menores espacios de tiempo y de forma más sostenible. El propósito de este trabajo de tesis doctoral ha sido la evaluación de la eficacia un producto de ingeniería tisular y terapia celular empleando MSC indiferenciadas de origen alogénico expandidas ex vivo a dosis variables asociadas a partículas óseas desvitalizadas y estudiar si su capacidad de estimulación de la regeneración ósea es equiparable a su versión con células de origen autólogo en un modelo experimental ovino de ONCF. La aplicación de los tratamientos experimentales en el modelo animal muestra que a las seis semanas postratamiento la capacidad de regeneración ósea de lesiones osteonecróticas en los grupos de origen alogénico es equiparable a los tratamientos de origen autólogo. Asimismo, esta estimulación mediante la aplicación de una dosis celular baja de 0,5·106 MSC/cm3 es equiparable a una dosis alta de 5·106 MSC/cm3. No hemos observado respuesta inmunitaria ni tumorogénesis local o sistémica in vivo, lo que reforzaría el perfil de seguridad de los tratamientos con MSC de origen alogénico en nuestro modelo. Por lo que los resultados obtenidos nos permiten afirmar que las MSC de origen alogénico a dosis bajas muestran capacidad de estimular la regeneración ósea en lesiones osteonecróticas de cabeza femoral, lo cual deberá ser considerado en el diseño de nuevos productos de ingeniería tisular y terapia celular avanzada para la clínica humana.

Osteonecrosis of the femoral head (ONFH) is defined as the ischemic process associated to tissue death and the successive bone tissue destruction in the femoral head. Because of its anatomical and vascular features, the hip joint has more propensity for its development. This involves a clinical repercussion with the subsequent progression of hip osteoarthritis and loss of function of the hip joint in late stages of the disease, leading to a painful and incapacitating situation for the patients and significant health-care related costs. Current treatments involved in regeneration of damaged bone tissue exhibit low reliability and high variability, so that the field of regenerative medicine holds promise in tissue engineering and cell therapy strategies for the development of new treatments focused on bone regeneration and reverting early osteonecrosis states. Cell therapy with mesenchymal stem cells (MSC) of autologous origin appears safe and with regenerative potential reported in previous preclinical and clinical studies, but cell harvesting is associated with morbidity, treatment delay and production costs. The application of cells from an allogeneic origin and optimised cellular doses would allow providing tissue engineering and cell therapy as “off the shelf” products, decreasing time of manufacturing and increasing sustainability. The purpose of this PhD project evaluates the efficacy of a tissue engineering and cell therapy product based of undifferentiated ex vivo expanded MSC from allogeneic origin associated with bone matrix particles in a variable dose and analyses if its bone regeneration properties are comparable to its autologous counterpart in an experimental ovine ONFH animal model. The application of the experimental treatments in the animal model demonstrates the bone regeneration capacity of osteonecrotic lesions of allogeneic groups in an equal manner to the autologous groups. Likewise, bone regeneration stimulation by means of a low cellular dose of 0,5·106 MSC/cm3 is equivalent to a high cellular dose of 5·106 MSC/cm3. No local or systemic immunological reactions nor tumorigenesis have been reported in vivo, thus strengthen the safety profile of the allogeneic MSC therapy in this model. Our results allow us to affirm that low dose of allogeneic MSC show bone regeneration capacity in femoral head osteonecrotic lesions, which should be considered in the design of new tissue engineering and advanced cell therapy products in human clinics.