Combination of mesenchymal stem cells and bioactive molecules in hydrogels for osteoarthritis treatment

Abstract

Osteoarthritis (OA) is a chronic and inflammatory disease with no effective regenerative treatments to date. The therapeutic potential of mesenchymal stem cells (MSCs) remains to be fully explored. Intra-articular injection of these cells promotes cartilage protection and regeneration by paracrine signaling and differentiation into chondrocytes. However, joints display a harsh avascular environment for these cells upon injection. This phenomenon prompted researchers to develop suitable injectable materials or systems for MSCs to enhance their function and survival. Among them, hydrogels can absorb a large amount of water and maintain their 3D structure but also allow incorporation of bioactive agents or small molecules in their matrix that maximize the action of MSCs. These materials possess advantageous cartilage-like features such as collagen or hyaluronic acid moieties that interact with MSC receptors, thereby promoting cell adhesion. This review provides an up-to-date overview of the progress and opportunities of MSCs entrapped into hydrogels, combined with bioactive/small molecules to improve the therapeutic effects in OA treatment.

La artrosis es una enfermedad crónica e inflamatoria que, hasta la fecha, no cuenta con tratamientos regenerativos eficaces. El potencial terapéutico de las células madre mesenquimales aún debe explorarse completamente. La inyección intraarticular de estas células favorece la protección y regeneración del cartílago mediante señalización paracrina y su diferenciación en condrocitos. Sin embargo, las articulaciones presentan un entorno avascular y hostil para estas células tras su administración. Este fenómeno ha motivado a los investigadores a desarrollar materiales o sistemas inyectables adecuados para mejorar la función y supervivencia de las células madre mesenquimales. Entre ellos, los hidrogeles destacan por su capacidad para absorber grandes cantidades de agua y mantener su estructura tridimensional, además de permitir la incorporación de agentes bioactivos o pequeñas moléculas en su matriz, lo que maximiza la acción de las células madre mesenquimales. Estos materiales poseen características ventajosas similares al cartílago, como la presencia de colágeno o grupos de ácido hialurónico que interactúan con los receptores de las células madre mesenquimales y promueven así la adhesión celular. Este trabajo ofrece una visión actualizada de los avances y oportunidades derivados del uso de células madre mesenquimales encapsuladas en hidrogeles, combinadas con moléculas bioactivas o pequeñas moléculas, para mejorar los efectos terapéuticos en el tratamiento de la artrosis.