Novel polymers and chimeric ligands with therapeutic properties in chondral pathology

Abstract

The first objective of our study was to compare the chondrogenic potential of Nodal/BMP2 and Activin A/BMP2 chimeric ligands (NB260 and AB235) in adipose derived stem cells isolated from two different tissue sources, from lipoaspirates (ASCs) and from infrapatellar fat pad of patients with osteoarthritis (IFPSCs). In vitro experiments showed that cells in 3D pellet culture system exposed to NB260 and AB235 acquired a characteristic chondrocyte phenotype and secreted extracellular matrix (ECM) similar to native cartilage that was confirmed by histological, immunological and molecular analysis. Moreover, in vivo experiments displayed that chimeric ligands-treated pellets integrated into the surrounding subcutaneous tissue in mice. The second objective of this study was to induce redifferentiation of dedifferentiate chondrocytes isolated from osteoarthritis patients using the Activin A/BMP2 chimeric ligand (AB235) in a 3D pellet culture system. In vitro and in vivo experiments revealed that redifferentiated chondrocytes synthesized a cartilage-specific ECM primarily consisting of vertically-orientated collagen fibres and cartilage-specific proteoglycans. AB235-treated cell pellets also integrated into the surrounding subcutaneous tissue following transplantation in mice as demonstrated by their dramatic increase in size while non-treated control pellets disintegrated upon transplantation. The third objective of this study was to evaluate a large number of different synthetic polymers to select a suitable polymer that favors the adhesion and proliferation of chondrocytes, and the maintenance in culture of a differentiated phenotype for prolonged periods of time. We proved that the hydrogel made by the crosslink of PA204 polymer seemed to mimic the 3D natural microenvironment of cartilage tissue. Chondrocytes growth into the PA204 hydrogel did not dedifferente, maintained a characteristic morphological and ultrastructural phenotype and produced an ECM composed by collagen II and proteoglycans typical of native cartilage tissue.

El primer objetivo de nuestro estudio fue comparar el potencial condrogénico de los ligandos quiméricos Nodal/BMP2 y Activina A/BMP2 (NB260 y AB235) en células madre derivadas de tejido adiposo aisladas a partir de dos fuentes tisulares diferentes: de lipoaspirados (ASC) y de la grasa infrapatelar de la almohadilla de pacientes con osteoartritis (IFPSCs). Los experimentos in vitro mostraron que las células cultivadas en sistemas de cultivo 3D en pellet expuestas a los factores NB260 y AB235 adquirieron un fenotipo característico de condrocitos y la matriz extracelular secretada (ECM) fue similar al cartílago nativo, lo que fue confirmado por estudios a nivel histológico, inmunológico y molecular. Además, en experimentos in vivo se demostró que los ligandos quiméricos con los que fueron tratados los sistemas de cultivo 3D en pellet se integraron en el tejido subcutáneo circundante en ratones. El segundo objetivo de este estudio fue inducir la rediferenciación de los condrocitos desdiferenciados aislados de los pacientes con osteoartritis utilizando el ligando quimérico Activin A/BMP2 (AB235) en un sistema de cultivo 3D en pellet. Los experimentos in vitro e in vivo revelaron que los condrocitos rediferenciados sintetizaron una ECM cartilaginosa que consistia principalmente en fibras de colágeno orientadas verticalmente y proteoglicanos específicos del cartílago. Los pellets celulares tratados con los ligandos AB235 también se integraron en el tejido subcutáneo circundante después de su trasplante en ratones, como se demostró por su espectacular aumento de tamaño mientras que aquellos pellets control no tratados se desintegraron tras el trasplante. El tercer objetivo de nuestro estudio fue la evaluación de un gran número de diferentes polímeros sintéticos con objeto de seleccionar un polímero adecuado para favorecer la adhesión y proliferación de los condrocitos, así como el mantenimiento en cultivo durante períodos prolongados de tiempo de su fenotipo diferenciado. Hemos demostrado que el hidrogel hecho por el entrecruzamiento del polímero PA204 parecía imitar el microambiente natural de la estructura 3D del tejido cartilaginoso. Los condrocitos crecidos en este hidrogel generado a partir del PA204 no producía desdiferenciación, manteniendo tanto las características morfológicas como el fenotipo ultraestructural, produciendo una ECM compuesta por colágeno tipo II y proteoglicanos típicos del tejido del cartílago nativo.