Estudio de nuevas aproximaciones terapéuticas aplicadas a patologías musculoesqueléticas en nuevos modelos animales que imitan la patología humana

Abstract

[spa] Las lesiones musculoesqueléticas afectan a músculos, huesos, articulaciones y tejidos asociados como tendones y ligamentos, causando dolor y reducción de la movilidad, lo que limita la vida social y genera un coste sanitario y social significativo. Además, se prevé que su prevalencia y efectos aumenten con el envejecimiento de la población. Las lesiones más frecuentes afectan sobre todo a músculos y tendones debido a su papel crucial en el aparato locomotor y su vulnerabilidad ante la actividad física. El músculo esquelético, que representa el 40-45% de la masa corporal, es vital para funciones como la movilidad y la estabilidad articular, entre otros. Este tejido es propenso a lesiones, y el proceso de regeneración puede llevar a una pérdida de funcionalidad debido a la formación de cicatrices fibróticas, causando deterioro físico, dolor e incomodidad. Por otro lado, los tendones, dada su función de conexión entre músculos y huesos, también son muy susceptibles a sufrir lesiones. El daño acumulado en el tendón puede desencadenar la tendinopatía, una patología crónica degenerativa que afecta a más de 30 millones de personas al año, caracterizada por dolor, pérdida de función y reducción de la tolerancia al ejercicio, haciendo que el tendón soporte peor las cargas repetidas. Para ambos tipos de lesiones se han desarrollado numerosos modelos tanto in vitro como in vivo para su estudio. Sin embargo, existe una falta de modelos que sean representativos y que imiten lo que ocurre en la clínica humana, lo que subraya la necesidad de desarrollar modelos óptimos y reproducibles que imiten mejor la patología humana y faciliten el desarrollo de terapias. Por todo ello, este proyecto se enfoca en estudiar los procesos fisiopatológicos de las lesiones musculares y tendinosas mediante el desarrollo de nuevos modelos y terapias basadas en células madre para mejorar la reparación del tejido afectado y reducir los efectos adversos de las lesiones. Se han desarrollado dos nuevos modelos animales: uno en rata para tendinopatía rotuliana y otro en oveja para lesión del músculo esquelético, ambos fáciles de reproducir y que reflejan realísticamente lo observado en la clínica humana. Estos modelos in vivo tienen un alto valor traslacional y serán útiles para futuros estudios y para desarrollar nuevas terapias. Para el modelo de tendinopatía rotuliana en rata hemos combinado la inyección intratendinosa de la enzima colagenasa con el hidrogel termosensible Pluronic, el cual gelifica a la temperatura corporal, para asegurar una administración precisa y localizada de la colagenasa en el interior el tendón y evitando el daño en estructuras adyacentes. Hemos corroborado que se reproducen las principales características típicas de la tendinopatía en humanos de desorganización, cambios en la expresión de componentes estructurales, neovascularización, inflamación, cambios en la resistencia a la tracción y aparición de calcificaciones intratendinosas. Para el modelo de lesión muscular en oveja hemos utilizado una técnica mínimamente invasiva mediante el uso de una aguja de biopsia para generar la lesión de manera reproducible, rápida y sencilla. Con este modelo hemos evaluado los procesos de lesión y regeneración y hemos observado características similares a lo observado en humanos, como la formación de tejido fibrótico, neoangiogenesis, inflamación, regeneración muscular y aparición de edema intramuscular. Asimismo, hemos usado este modelo de lesión muscular en oveja para evaluar el efecto terapéutico de las células PLX-PAD en la regeneración muscular y mediante los resultados obtenidos podemos sugerir un posible efecto de estas células en la mejora de la regeneración muscular mediante la reducción de la inflamación y de la fibrosis mediante la pro-angiogénesis. De modo que estas células pueden suponer una opción terapéutica prometedora para mejorar la regeneración muscular, con aplicaciones potenciales en pacientes con patologías musculoesqueléticas.

[eng] Musculoskeletal injuries, affecting muscles, bones, joints, and associated tissues like tendons and ligaments, lead to pain, reduced mobility, social limitations, and substantial health costs. Their prevalence is expected to rise with an aging population. Muscles and tendons, crucial for locomotion, are most frequently injured due to their active role and susceptibility to physical activity. Skeletal muscle, comprising 40-45% of body mass, is essential for mobility and joint stability but is prone to injury. Regeneration often results in fibrotic scars, causing pain and functional loss. Tendons, which connect muscles and bones, are also vulnerable to injury. Chronic tendon damage can lead to tendinopathy, a degenerative condition affecting over 30 million people annually, characterized by pain, functional loss, and decreased exercise tolerance. Despite numerous in vitro and in vivo models for studying these injuries, there is a lack of models accurately representing human clinical conditions. This project focuses on developing new models and stem cell-based therapies to improve tissue repair and mitigate injury effects. Two animal models have been developed: a rat model for patellar tendinopathy and a sheep model for skeletal muscle injury. Both are reproducible and closely mimic human clinical observations. The rat model of patellar tendinopathy involves intratendinous collagenase injection combined with thermosensitive Pluronic hydrogel, ensuring precise enzyme delivery and avoiding adjacent tissue damage. This model replicates human tendinopathy characteristics, such as disorganization, structural changes, neovascularization, inflammation, altered tensile strength, and intratendinous calcifications. The sheep muscle injury model employs a minimally invasive biopsy needle technique, generating reproducible lesions quickly and simply. This model shows similar human injury and regeneration characteristics, including fibrotic tissue formation, neoangiogenesis, inflammation, muscle regeneration, and intramuscular edema. Using this model, the therapeutic effect of PLX-PAD cells on muscle regeneration was evaluated. Results suggest these cells may enhance muscle regeneration by reducing inflammation and fibrosis through proangiogenesis, representing a promising therapeutic option for patients with musculoskeletal pathologies.