Terapia celular con micro-ARN y exosomas para el tratamiento de la inflamación crónica en un modelo de osteoartritis

Abstract

[Resumo] Comprender os efectos do envellecemento e inflamación nas células nai mesenquimais é crucial para desenvolver terapias dirixidas a doenzas dexenerativas. Estas células exhiben efectos beneficiosos a través da súa actividade paracrina e a liberación de vesículas extracelulares, as cales mostraron ser unha alternativa ás terapias celulares en modelos preclínicos. Os perfís de células nai mesenquimais e as súas vesículas extracelulares varían coa idade e pódense modificar mediante o uso de micro-ARN, os cales derivarán á súa vez na regulación das respostas inmunitarias e inflamatorias. Nesta tese doutoral preséntanse os resultados obtidos tras a investigación dos efectos das vesículas extracelulares derivadas de células nai mesenquimais sobre os marcadores de envellecemento e pluripotencia en cultivos celulares, así como tamén os resultados procedentes da avaliación da carga proteica das mesmas. Todos estes resultados permitíronnos á súa vez levar a cabo a investigación sobre as propiedades antiinflamatorias destas vesículas derivadas de células nai mesenquimais modificadas para a inhibición da inflamación causada pola expresión de miR-21. Os nosos resultados resaltan a capacidade das vesículas extracelulares para influír no comportamento dos cultivos das células en función da súa composición, o que suxire o seu potencial para modificar as características celulares in vitro. Ademáis, o estudo reflicte a necesidade da optimización dun protocolo para o procesamento e análise proteico de maior calidade destas vesículas extracelulares. Os resultados do modelo animal de osteoartritis demostraron que, en xeral, as vesículas extracelulares derivadas de células nai mesenquimais, e en particular as derivadas de células con expresión inhibida de miR-21, exhibiron un potencial terapéutico significativo ao reducir a inflamación sistémica e inactivar a vía inflamatoria ERK1/2 e a confirmación do alivio do fenotipo secretor asociado a senescencia en varios órganos procedentes do modelo animal de osteoartritis. Estes achados iluminan o camiño para o desenvolvemento de novas terapias contra as doenzas asociadas ao envellecemento e as afeccións inflamatorias utilizando vesículas extracelulares derivadas de células nai mesenquimais.

[Resumen] Comprender los efectos del envejecimiento e inflamación en las células madre mesenquimales es crucial para desarrollar terapias dirigidas a enfermedades degenerativas. Estas células exhiben efectos beneficiosos a través de su actividad paracrina y la liberación de vesículas extracelulares, las cuales han mostrado ser una alternativa potencial a las terapias de células en modelos preclínicos. Los perfiles de células madre mesenquimales y sus vesículas extracelulares varían con la edad y se pueden modificar mediante el uso de micro-ARN, los cuales derivarán a su vez en la regulación de las respuestas inmunitarias e inflamatorias. En esta tesis doctoral se presentan los resultados obtenidos tras la investigación de los efectos de las vesículas extracelulares derivadas de células madre mesenquimales sobre los marcadores de envejecimiento y pluripotencia en cultivos celulares, así como también los resultados procedentes de la evaluación de la carga proteica de las mismas. Todos estos resultados nos han permitido a su vez llevar a cabo la investigación sobre las propiedades antiinflamatorias de estas vesículas derivadas de células madre mesenquimales modificadas para la inhibición de la inflamación causada por la expresión de miR-21. Nuestros resultados resaltan la capacidad de las vesículas extracelulares para influir en el comportamiento de los cultivos de las células en función de su composición, lo que sugiere su potencial para modificar las características celulares in vitro. Además, el estudio refleja la necesidad de la optimización de un protocolo para el procesamiento y análisis proteico de mayor calidad de estas vesículas extracelulares. Los resultados del modelo animal de osteoartritis demostraron que, en general, las vesículas extracelulares derivadas de células madre mesenquimales, y en particular las derivadas de células con expresión inhibida de miR-21, exhibieron un potencial terapéutico significativo al reducir la inflamación sistémica e inactivar la vía inflamatoria ERK1/2 y la confirmación del alivio del fenotipo secretor asociado a la senescencia en varios órganos procedentes del modelo animal de osteoartritis. Estos hallazgos allanan el camino para el desarrollo de nuevas terapias contra las enfermedades asociadas al envejecimiento y las afecciones inflamatorias utilizando vesículas extracelulares derivadas de células madre mesenquimales.

[Abstract] Understanding the effects of aging and inflammation on mesenchymal stem cells is crucial for developing therapies targeted at degenerative diseases. These cells exhibit beneficial effects through their paracrine activity and the release of extracellular vesicles, which have shown potential as an alternative to cell-based therapies in preclinical models. The profiles of mesenchymal stem cells and their extracellular vesicles vary with age and can be modified using microRNAs, which in turn regulate immune and inflammatory responses. This doctoral thesis presents the results obtained from investigating the effects of extracellular vesicles derived from mesenchymal stem cells on aging and pluripotency markers in cell cultures, as well as the results from evaluating their protein cargo. Furthermore, these results have allowed us to investigate the anti-inflammatory properties of these vesicles derived from mesenchymal stem cells modified to inhibit inflammation caused by miR-21 expression. Our results highlight the capacity of extracellular vesicles to influence the behavior of cell cultures based on their composition, suggesting their potential to modify cellular characteristics in vitro. Additionally, the study emphasizes the need for optimizing a protocol for the processing and higherquality protein analysis of these extracellular vesicles. The findings from the osteoarthritis animal model demonstrated that overall, extracellular vesicles derived from mesenchymal stem cells, particularly those derived from cells with inhibited miR-21 expression, exhibited significant therapeutic potential by reducing systemic inflammation and inactivating the ERK1/2 inflammatory pathway. Confirmation of the alleviation of the senescence-associated secretory phenotype in various organs from the osteoarthritis animal model further supported these results. These findings pave the way for the development of new therapies against aging-related diseases and inflammatory conditions using extracellular vesicles derived from mesenchymal stem cells.