La edición epigenómica con CRISPR reduce la sensibilización de neuronas sensoriales de rata cultivadas y expuestas a un entorno de osteoartritis
Reducción de la hiperreactividad neuronal en un entorno de osteoartritis
La edición epigenómica con CRISPR dirigida al receptor de interleucina 1 tipo 1 (IL1R1) redujo la sensibilización de neuronas sensoriales de rata cultivadas y expuestas a un entorno de osteoartritis. La sensibilización es un estado en el que los nervios responden con mayor sensibilidad a los estímulos. En las neuronas del ganglio de la raíz dorsal (DRG) relacionadas con la rodilla, las respuestas volvieron al nivel observado en condiciones de cartílago sano; en cambio, persistió cierta sensibilización en las neuronas del ganglio trigémino (TG) relacionadas con la articulación temporomandibular. Se evaluaron las respuestas intracelulares de calcio ante estímulos térmicos; estos resultados deben distinguirse de la demostración de una reducción del dolor articular o de la recuperación de la sensibilidad en pacientes.
En la osteoartritis (OA), las citocinas inflamatorias pueden volver hipersensibles los nervios que inervan las articulaciones y contribuir al dolor. Los investigadores se centraron en IL1R1, un receptor relacionado con la inflamación. En experimentos de cultivo, examinaron si la edición epigenómica que suprime selectivamente la expresión de este receptor podía reducir las respuestas neuronales, y si el efecto era igual en las neuronas del DRG y del TG.
Experimentos que combinaron cartílago humano y neuronas de rata
El equipo comparó cartílago osteoartrítico obtenido de pacientes sometidos a reemplazo de rodilla con cartílago sano de donantes fallecidos. Cultivó neuronas del DRG y del TG de rata sobre plástico para cultivo celular o cortes de cartílago, y evaluó sus respuestas tras la exposición a interleucina 1β (IL-1β) y a cartílago osteoartrítico. Aunque se utilizó cartílago humano, las células editadas y evaluadas fueron neuronas de rata cultivadas.
Las neuronas recibieron un vector lentiviral CRISPR-dCas9-KRAB dirigido a IL1R1 o un vector de control no dirigido. Se utilizó un indicador de calcio para medir las señales transitorias de calcio provocadas por el calor. Las principales variables evaluadas fueron la proporción de células que respondían al calor y la respuesta máxima de calcio.
Tanto la exposición a IL-1β como la exposición a cartílago osteoartrítico aumentaron, frente a las condiciones de control, la proporción de células que mostraban respuestas de calcio inducidas por calor en las neuronas del DRG y del TG. Tras la edición dirigida a IL1R1, la sensibilización desapareció en las neuronas del DRG y las respuestas volvieron al nivel observado en condiciones de cartílago sano. En las neuronas del TG, en cambio, la respuesta máxima de calcio descendió hasta el nivel basal, pero la proporción de células sensibilizadas no se normalizó por completo. Por tanto, la reducción de la magnitud de la respuesta no coincidió con la normalización de la proporción de células que respondían.
Las diferencias entre ganglios orientan futuras investigaciones
Los investigadores plantearon que factores relacionados con la osteoartritis distintos de IL1R1 podrían contribuir a la sensibilización persistente en las neuronas del TG. Sin embargo, el resumen proporcionado no permite identificar esos factores ni concluir que necesariamente se requiera un tratamiento dirigido a varias dianas. La observación de que actuar sobre la misma diana tuvo efectos diferentes en ambos ganglios ofrece una pista para estudiar las diferencias en la sensibilización neuronal relacionada con las articulaciones.
Estos resultados respaldan una posible estrategia para modular las respuestas de las neuronas sensoriales en un entorno de osteoartritis. Sin embargo, el resumen disponible no indica el tamaño de la muestra, la magnitud del efecto, los valores estadísticos ni la duración de las respuestas, por lo que es difícil valorar la magnitud y persistencia del efecto. La información proporcionada tampoco demuestra alivio del dolor en personas ni seguridad a largo plazo. Queda por comprobar en estudios posteriores si la reducción de las respuestas celulares se traduce en un control real del dolor.
Los sujetos y materiales estudiados y los resultados se describen en el resumen del artículo de Annals of Biomedical Engineering.
PURPOSE: Osteoarthritis (OA) pain can arise from inflammatory cytokines sensitizing neurons that innervate the temporomandibular joint (TMJ) and knee. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-based epigenome editing enables targeted repression of inflammatory receptors and offers a promising strategy to modify disease mechanisms. This study tested whether CRISPR epigenome editing of interleukin-1 receptor type 1 (IL1R1) in trigeminal ganglia (TG; TMJ-innervating) and dorsal root ganglia (DRG; knee-innervating) neurons could reduce OA-associated sensitization. METHODS: OA cartilage was collected from knee replacement patients and compared with healthy cadaveric cartilage. Rat TG and DRG neurons were cultured with IL-1β on tissue culture plastic or cartilage explants, loaded with calcium dye, and subjected to thermal stimulation. Neurons were transduced with lentiviral CRISPR-dCas9-KRAB vectors targeting IL1R1 or with nontargeting controls, and heat-evoked calcium transients were measured. RESULTS: Exposure to IL-1β and OA cartilage both increased the proportion of TG and DRG neurons exhibiting heat-induced calcium transients compared with controls. CRISPR epigenome editing of IL1R1 abolished sensitization in DRG neurons, restoring responses to healthy cartilage levels. In TG neurons, editing reduced maximum calcium responses to baseline but did not fully normalize the percentage of sensitized cells, suggesting additional OA factors contribute to TMJ pain. CONCLUSION: CRISPR epigenome editing of IL1R1 in joint-innervating neurons reduces OA cartilage-induced sensitization. These results highlight differential mechanisms underlying OA cartilage driven DRG and TG neuron sensitization and establish epigenome editing as a potential therapeutic strategy to target OA-associated sensitization in the knee and TMJ.
Este estudio puede orientar la selección de dianas y variables de evaluación para experimentos posteriores sobre la sensibilización neuronal relacionada con la osteoartritis. Por ejemplo, al comparar estrategias de supresión de IL1R1, medir solo las respuestas máximas de calcio podría pasar por alto que la proporción de células sensibilizadas en el TG no se normalizó por completo. Un posible uso concreto es diseñar experimentos que evalúen por separado la magnitud de la respuesta y la proporción de células que responden, y que distingan los resultados del DRG y del TG. Investigar las causas de la sensibilización que persiste en el TG es otra posible línea de trabajo. Estas son propuestas de aplicación a la investigación derivadas de las observaciones, no conclusiones que demuestren una reducción del dolor o la seguridad del tratamiento en pacientes. Para valorar una posible aplicación clínica, habrá que comprobar la relación entre los cambios en células cultivadas y el dolor real.