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ttres pisos debajo Dmitriy SheynEn el laboratorio del Centro Médico Cedars-Sinai, los médicos extirpan discos intervertebrales degenerados de pacientes con dolor de espalda severo. Sin embargo, en lugar de tirar los discos viejos, a veces se los dan a uno de los miembros del laboratorio de Sheyn, quien los lleva escaleras arriba para recolectar las células nuevas. Los pacientes en estos quirófanos aceptaron la cirugía porque estaban sufriendo, pero muchas personas con discos degenerados no sienten ningún dolor. Sheyn quería saber por qué.

en un nuevo papel en Ciencia medicina traslacional, El biólogo de células madre Sheyn y sus colegas comenzaron a responder esa pregunta: informaron que cuando envejecemos o estamos bajo estrés degenerativo, un subconjunto de células en el centro del disco puede emitir un grito de ayuda, una señal particular que hace que las neuronas externas extiendan sus axones hacia adentro, permitiendo que el cerebro sienta el dolor interno.1

El equipo de Sheyn inyectó NPC estresados ​​en discos intervertebrales de ratas para explorar por qué algunos discos degenerados se vuelven dolorosos mientras que otros no.

Biobanco Cedars-Sinai

«Tenemos muchos pacientes que tienen dolor de espalda cuya causa realmente no conocemos», dijo Cristóbal Bono, cirujano ortopédico del Hospital General de Massachusetts que no participó en el estudio. «Creemos que una de las causas es un disco que se degenera y un mecanismo de dolor que no se ha dilucidado exactamente. Este estudio sugiere un mecanismo probable para que un disco se vuelva doloroso».

El centro de un disco intervertebral sano no contiene vasos sanguíneos ni neuronas. Esta área se llama núcleo pulposo y es como un amortiguador lleno de gelatina. Pero en condiciones como pH bajo, oxígeno bajo, nutrientes bajos o inflamación, los discos pueden degenerar y, a veces, las neuronas inervan el disco, lo que provoca dolor.

Wensen Jiang, un científico postdoctoral del equipo de investigación de Sheyn, quería determinar qué células del núcleo pulposo contribuían al desarrollo de este dolor. Realizó un análisis transcriptómico unicelular (RNA-seq) en células de tres discos degenerados extirpados quirúrgicamente de personas con dolor y las comparó con células de discos degenerados y no dolorosos de cuatro cadáveres. El equipo descubrió que un cierto subtipo de células del núcleo pulposo (NPC, por sus siglas en inglés) llamado NPC1 era mucho más frecuente en los discos de personas con dolor que en los discos de personas que no habían sentido dolor. Luego, los investigadores compararon el dolor de espalda NPC1 (bpNPC1) con el NPC asintomático. Descubrieron que bpNPC1 mostraba una mayor expresión del factor de crecimiento nervioso y del factor de crecimiento de fibroblastos 2, que ayudan a regular el crecimiento neuronal. La interleucina-8 y la óxido nítrico sintasa 2, que desempeñan un papel en el estrés oxidativo, también mostraron una mayor expresión. bpNPC1 también tenía una expresión reducida de peroxiredoxina-1, una enzima antioxidante.

A continuación, el equipo estudió los desencadenantes moleculares que causaron que NPC cambiara de un estado degenerado e indoloro a un estado degenerado y doloroso similar al subtipo bpNPC1. Crearon un ambiente estresante al reducir el pH y los niveles de glucosa y agregar el factor proinflamatorio IL-1β. Después de la exposición a este cóctel, las células aumentaron la expresión de marcadores de degeneración e inflamación, y sus transcriptomas parecían comparables a los de bpNPC1.

Luego, el grupo de Sheyn colocó estos NPC estimulados por el estrés en un lado de un sistema de chip de órgano de microfluidos. En el otro lado del chip crecieron neuronas sensoriales similares a nociceptores derivadas de células madre pluripotentes inducidas conectadas por pequeños canales que permitieron que los axones y los factores secretados se cruzaran, pero no los cuerpos celulares completos. Vieron que varias estructuras similares a axones cruzaban el canal de microfluidos hacia el NPC estresado, mientras que ningún axón cruzaba hacia el lado del chip con el NPC no estresado.

«Fue realmente genial verlo», dijo Sheyn. “Ahora surgen más preguntas. Entonces, por ejemplo, ¿son las células estresadas las que atraen las neuronas sensoriales, o tal vez son las células sanas las que bloquean ese proceso? Tal vez secreten algo que diga: ‘¡no te acerques a mí!’ Y luego, cuando hay estrés, esta señal se apaga”.

Para determinar los efectos de estas células in vivo, el equipo inyectó el NPC estresado en los discos intervertebrales de ratas y los comparó con ratas inyectadas con NPC no estresado. Encontraron una expresión elevada de genes asociados con el fenotipo estresante en los discos de ratas inyectadas con NPC estresados ​​versus NPC no estresados, incluidos marcadores inflamatorios, similares al fenotipo in vitro. En modelos de ratas, los niveles de dolor se pueden evaluar midiendo la rapidez con la que el animal reacciona cuando se le pincha la pata con un filamento fino. En el presente experimento, los investigadores descubrieron que las ratas inyectadas con el NPC estresado reaccionaban más rápidamente a los golpes en las patas que las ratas inyectadas con NPC no estresado o solución salina, lo que indica niveles más altos de dolor. Si bien no hubo degeneración discal visible en ninguno de los grupos de tratamiento, hubo una regulación positiva de genes asociados al dolor, como el potencial receptor transitorio vanilloide 1 (TRPV1) y el péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP) en los discos y cierta evidencia de inervación neuronal ocho semanas después de la inyección en el grupo NPC estresado.

Sheyn dijo que es necesario realizar trabajos futuros en el anillo exterior de células del disco intervertebral para determinar si desempeñan un papel en el dolor lumbar. También necesitan buscar otros tipos de células necesarias para provocar dolor.

Bono dijo que el estudio tiene potencial, pero dado que el trabajo se realizó en un modelo animal, se necesita realizar mucha más investigación para comprender completamente el sistema antes de que los resultados puedan traducirse en humanos. «Para tener una terapia que realmente trate el dolor de espalda en un disco degenerado, tendría que evitar que el disco se degenere y al mismo tiempo tratar cualquier mecanismo del dolor de espalda. Se vuelve mucho más complicado. Se trata de comprender un mecanismo. de cómo se podría inducir el dolor”.

Este trabajo podría informar tratamientos futuros para el dolor lumbar discogénico. Es posible que algún día los investigadores puedan centrarse en el subtipo de NPC «malo» o complementar los tipos de células «buenas». «La principal estrategia que nosotros y otros estamos siguiendo ahora es inyectar células sanas, no estresadas, tal vez prematuras, que puedan diferenciarse para diluir las células estresadas y, de esa manera, reemplazarlas», dijo Sheyn.

Referencia

  1. Jiang W, et al. Las células del núcleo pulposo humano del disco intervertebral asociadas con el dolor de espalda desencadenan el crecimiento de neuritas in vitro y el comportamiento del dolor en ratas. Ciencia Transl Med. 2023(15):eadg7020.