Internship report and monograph entitled "Association of Gene Delivery Strategies and Stem Cells for Cartilage Repair"

Abstract

A cartilagem articular apresenta reduzida capacidade de regeneração, sendo atualmente um grande desafio reproduzir uma estrutura hialina semelhante à original com as mesmas propriedades biomecânicas. As células estaminais mesenquimais são providas de propriedades únicas como a capacidade de auto-renovação e a capacidade de se diferenciarem em condrócitos. Desta forma, estas células poderão ser geneticamente modificadas para melhorar os processos de reparação após transplante para o local da lesão. São, por isso, uma alternativa promissora no tratamento de lesões resultantes de traumas, assim como relacionadas com a progressão de doenças articulares como a osteoartrite. No entanto, ainda não foi possível obter cartilagem hialina semelhante à nativa utilizando estas células, pelo que a sua modificação através da introdução de genes específicos é atualmente encarada como uma estratégia mais promissora.As células estaminais derivadas da medula óssea são as mais utilizadas, seguidas pelas células estaminais do tecido adiposo, sinoviais e derivadas do periósteo. Na maioria das vezes, estas são modificadas para expressar fatores de crescimento e/ou fatores de transcrição, entre outros. Nesta monografia, pretende-se apresentar resumidamente as estratégias de reparação ou regeneração da cartilagem que utilizam a associação da terapia génica e células estaminais mesenquimais, bem como as dificuldades que lhe estão associadas e as perspetivas de desenvolvimento dessas estratégias.

Adult articular cartilage has a low capacity for self-renewal. Reproduction of the original hyaline structure with alike biomechanical functional integrity in damaged cartilage remains a major clinical challenge. Approaches based on the transfer of genetically modified cells to sites of injury may be a promising alternative to treat articular cartilage lesions resulting from trauma or related to the progression of osteoarthritis (OA). Mesenchymal stem cells (MSCs) have notable properties such as self-renewal capacity, multipotency and chondrogenic differentiation potential, making them an attractive source of cells for cartilage regeneration/repair. They may be modified by gene transfer protocols to reinforce their potency and consequently, to enhance the healing processes in damaged tissue following transplantation in sites of cartilage injury. However, it has not yet been possible to obtain hyaline cartilage similar to the native one using these cells, so its modification through the introduction of specific genes is currently regarded as a more promising strategy.Bone marrow-derived stem cells are the most used, followed by adipose stem cells,synovial and periosteum-derived MSCs. They are modified mostly to express growth factors and/or regulatory transcription factors, among others.This monograph intends to briefly present the strategies of repair or regeneration of cartilage combining gene therapy and mesenchymal stem cells, as well as the difficulties associated with it and the perspectives of development of these strategies.