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Diabetes: la estimulación de las células madre óseas puede mejorar la reparación de fracturas
Los investigadores han descubierto una proteína que estimula las células madre óseas en ratones con diabetes para que los animales se recuperen mejor después de una fractura. Sugieren que esto podría conducir a un nuevo tratamiento para mejorar la reparación ósea en personas con diabetes.
Los huesos de ratones normales (arriba) forman callos más grandes durante la curación, lo que lleva a una reparación más fuerte. Sin embargo, los huesos de los ratones diabéticos (abajo) tienen callos más pequeños, lo que lleva a huesos más quebradizos y curados.
Crédito de la imagen: Ruth Tevlin et al.
El equipo, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California, informa los hallazgos en la revista Ciencia de medicina traslacional.
Michael T. Longaker, profesor de cirugía plástica y reconstructiva y uno de los autores principales del estudio, resume el trabajo:
"Hemos descubierto la razón por la cual algunos pacientes con diabetes no se curan bien de las fracturas, y hemos encontrado una solución que se puede aplicar localmente durante la cirugía para repararla".
La diabetes es una enfermedad crónica que ocurre cuando la capacidad del cuerpo para producir o responder a la insulina, una hormona que regula el azúcar en la sangre, se ve afectada.
El aumento de azúcar en la sangre (hiperglucemia) es un efecto común de la diabetes no controlada, y con el tiempo puede causar daños graves en muchas partes del cuerpo, incluidos el corazón, los vasos sanguíneos, los ojos, los riñones y los nervios.
Hoy en día, hay más de 420 millones de personas con diabetes en todo el mundo, casi cuatro veces más que en 1980 (108 millones).
La curación ósea problemática es una de las muchas complicaciones de salud que experimentan las personas con diabetes; después de una ruptura o fractura, sus huesos pueden sanar mal.
"La diabetes es endémica en todo el mundo", dice el profesor Longaker, "y cualquier mejora en la capacidad de las personas afectadas para sanar de las fracturas podría tener un efecto enormemente positivo en su calidad de vida".
Reducción de la actividad de células madre esqueléticas en ratones diabéticos
En su estudio, el Prof. Longaker y sus colegas observaron una reducción en la actividad de las células madre del hueso en ratones criados para desarrollar diabetes, así como en muestras de hueso de pacientes diabéticos que se habían sometido a reemplazos de articulaciones.
Datos rápidos sobre la diabetes- Las estimaciones sugieren que alrededor del 8,5 por ciento de los adultos tienen diabetes
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En otros experimentos, descubrieron una proteína que estimula las células madre óseas. Cuando aplicaron la proteína a sitios de fractura ósea en los ratones, aumentó la expresión de proteínas de señalización clave y mejoró la curación en los animales.
El nuevo estudio se basa en trabajos previos a los que contribuyó el equipo, que identificaron y describieron una población de células en los huesos de ratones que funcionan como células madre del esqueleto (SSC).
Estas células madre adultas tienen el potencial de convertirse en componentes del sistema esquelético, incluidos hueso, cartílago y estroma, una parte de la médula ósea.
Los investigadores continuaron descubriendo que la curación de fracturas en ratones estaba severamente afectada cuando sus niveles de SSC eran muy bajos.
Este hallazgo hizo que el equipo se preguntara si podría haber un problema con los SSC en personas con diabetes, cuyos huesos a menudo se curan mal después de las fracturas.
Los ratones diabéticos tenían menos proteínas de señalización 'erizo'
Para el nuevo estudio, el equipo usó ratones criados para desarrollar diabetes tipo 2 cuando alcanzaron aproximadamente las 4 semanas de edad. Los animales mostraron curación de fractura normal antes de que la enfermedad se desarrollara. Sin embargo, después del inicio, el hueso reparado era significativamente más débil y menos denso que el hueso en ratones normales, no diabéticos.
El equipo también descubrió que los ratones diabéticos tenían números mucho más bajos de SSC en la curación de los huesos 7 días después de la fractura que los ratones normales.
Después de una serie de experimentos, los investigadores establecieron que los SSC mismos estaban trabajando normalmente, y que no había razones sistémicas para la reducción en los números.
Esto dejó la posibilidad de un problema con las señales que las células reciben de su entorno o nicho.
Cuando los investigadores examinaron más de cerca, descubrieron que los ratones diabéticos producían menos proteínas de señalización "hedgehog", que se sabe que son importantes para el desarrollo embrionario, la regeneración tisular y otros procesos biológicos clave.
Luego mostraron que el bloqueo de la vía de señalización de hedgehog en ratones no diabéticos con fracturas provocaba un nuevo crecimiento de hueso que era más débil y más quebradizo de lo normal, al igual que sus contrapartes diabéticas.
Aumentos en la señalización hedgehog bloqueada por TNF-alfa
El equipo también descubrió que la adición de las proteínas de señalización de hedgehog a los nichos de SSC de los ratones diabéticos restauraba su capacidad para curar fracturas como los ratones normales.
En una serie final de experimentos, el equipo trabajó con muestras de hueso de pacientes con y sin diabetes que se habían sometido a reemplazos de articulaciones para la osteoartritis.
Los investigadores compararon la expresión de proteínas importantes para la vía de señalización de hedgehog en las muestras. Lo que encontraron fue similar a los resultados que vieron en los ratones. Las muestras de hueso de pacientes diabéticos mostraron una expresión significativamente reducida de las proteínas de señalización.
Se preguntaron si la señalización reducida se debió al efecto que la inflamación asociada a la diabetes tiene sobre el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa), cuyos niveles se sabe que aumentan en personas con diabetes.
El equipo encontró aumentos correspondientes en TNF-alfa en los ratones diabéticos. Pruebas adicionales mostraron que estos niveles elevados de la molécula bloqueaban la expresión de algunas proteínas de señalización de hedgehog.
Sin embargo, los investigadores advierten que bloquear completamente todo el TNF-alfa podría tener graves consecuencias, ya que la molécula juega un papel clave en muchos otros procesos biológicos.
"Aquí hemos ideado una estrategia factible para revertir una patología específica del tejido, la incapacidad para curar las fracturas esqueléticas de manera eficiente, en una enfermedad metabólica compleja como la diabetes, a través de la aplicación local de un compuesto para estimular la actividad de las células madre adultas. anticipar que las terapias moleculares mediadas por hedgehog que se dirigen directamente a las células madre en pacientes humanos podrían ser terapéuticas ".
Prof. Michael T. Longaker
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