Regulación de la plasticidad celular y senescencia encondrocitos articulares: conexina 43 como diana terapéutica para el tratamiento de la artrosis / A novel therapeutic target for osteoarthritis: control of cellular plasticity and senescence using connexin43

Introducción: La artrosis (OA) es una enfermedad musculo esquelética degenerativa que afecta aproximadamente al13% de la población occidental. A día de hoy no existe un tratamiento eficaz que evite el progreso de la misma o facilite la regeneración del cartílago articular. La conexina43 (Cx43) es una proteína transmembrana que se encuentra en niveles elevados en el cartílago y en la membrana sinovial de pacientes con OA. Esta proteína forma canales que permiten el intercambio de moléculas e iones entre dos células en contacto o entre la célula y su entorno, denominados uniones co‐municantes (UCs) y hemicanales, respectivamente. En este estudio se investigó la función de la Cx43 y de las UCs en la degradación del cartílago articular de pacientes con OA. Material y métodos: Se han aislado condrocitos primarios del cartílago de donantes OA y sanos. Se evaluaron los niveles proteicos mediante Western blot, inmunofluorescencia y citometría de flujo. La expresión génica se ha evaluado mediante RT‐qPCR, mientras que la comunicación celular se estudió mediante el ensayo scrape loading/dye transfer. La senescencia celular se evaluó midiendo la actividad de la β‐galactosidasa mediante citometría celular o microscopía. Resultados: Los resultados obtenidos indican que la sobre actividad de la Cx43 y de la comunicación intercelular a través de UCs detectadas en OA están implicadas con el progreso de la enfermedad al activar procesos de desdiferenciación celular hacia un estado inmaduro y senescencia celular. Utilizando condrocitos en cultivo aislados del cartílago de donantes con OA hemos demostrado que el incremento de la Cx43 activa factores implicados en la transición epitelio‐me sénquima (TEM), como el factor de transcripción Twist‐1. El incremento en el número de células desdiferenciadas y con altos índices de proliferación celular desencadena en senescencia celular vía p53/p16INK4a, activando el fenotipo secretor asociado a senescencia (SASP, del inglés Senescence-Associated Secretory Phenotype) que incluye la síntesis y liberación de factores inflamatorios como la interleuquina 6 (IL‐6). La disminución de los niveles de la Cx43 utilizando pequeñas moléculas como la oleuropeína o técnicas de edición genética como CRISPR/Cas9 revirtió el proceso dando lugar a re‐diferenciación celular, mejorando el fenotipo celular con incremento en proteínas implicadas en formación del tejido y diminuyendo la síntesis de MMPs y del componente inflamatorio y senescencia. Conclusiones: La disminución de la Cx43 en condrocitos artrósicos restaura regeneración tisular, por activación de re‐diferenciación celular y disminución de senescencia. Estos resultados corroboran el uso de la Cx43 como una diana terapéutica eficaz para restaurar regeneración del cartílago en pacientes con OA y evitar la progresión de la enfermedad

Introduction: Osteoarthritis (OA) is a degenerative musculoskeletal disease, which affects approximately the 13% of western population. Nowadays, there is no effective treatment for OA to avoid disease progression or to promote cartilage regeneration. Connexin43 (Cx43) is a transmembrane protein increased in cartilage and synovium from OA patients.Cx43 forms membrane channels that allow the exchange of molecules and ions between two adjacent cells through gapjunctions (GJs), or between a cell and its environment through hemichannels. In this study we investigated the involvement of Cx43 and GJ intercellular communication in the degradation of articular cartilage in chondrocytes from patientswith OA. Material and methods:Primary chondrocytes were obtained from cartilage from OA and healthy donors. Protein levelswere evaluated by western‐blot, immunofluorescence and flow cytometry. RNA expression was evaluated by RT‐qPCR.A scrape loading/dye transfer assay was used to evaluate cell communication. Cell senescence was analysed by flowcytometry or by light microscopy using β‐galactosidase assay.Results:Cx43 and GJs overactivities were correlated with the progression of OA, by promoting chronic cell dedifferen‐tiation and senescence in vitroassays. We found that Cx43 over expression activates factors involved in epithelial‐to‐me‐senchymal transition, such as Twist‐1. Increased levels of dedifferentiated cells, with high rates of cell proliferation, led to cell senescence via p53/p16INK4a, activating the senescence‐associated secretory phenotype (SASP) and promoting the synthesis and liberation of inflammatory factors, including the interleukin‐6 (IL‐6). Cx43 down regulation by using small molecules, such as oleuropein, or by genetic edition with CRISPR technology, led to the chondrocyte redifferentiation and an improved phenotype, with increased synthesis of extracellular matrix proteins such as Col2A1 and down‐regulating the synthesis of MMPs, inflammation and senescence. Conclusions: Down regulation of Cx43 in OA chondrocytes restores regeneration by activating chondrocyte re‐differentiation and decreasing cellular senescence. These results corroborate the use of Cx43 as an effective therapeutic target in order to restore cartilage regeneration and avoid OA progression

Validación experimental de un modelo de análisis de elementos finitos en fractura de cadera y su aplicabilidad clínica / Experimental validation of finite elements model in hip fracture and its clinical applicability

La fractura de la extremidad proximal de fémur es objeto de interés en investigación. La complejidad del entramado óseo y la ineficiencia estructural asociada al envejecimiento hacen que existan muchas variables todavía por comprender desde el punto de vista experimental, pero no existe un modelo de investigación estructural y biomecánico de la fractura de cadera claramente definido. La hipótesis de este trabajo es que es posible desarrollar un modelo de experimentación computacional que caracterice el hueso de la extremidad proximal del fémur como un material heterogéneo a partir de la traslación directa de los parámetros mecánicos obtenidos de piezas anatómicas de experimentación. Material y método: Trabajo experimental que compara la experimentación real en cadáver y un modelo numérico basado en análisis de elementos finitos (AEF). Las variables que se han empleado son: punto de inicio de la fractura, su propagación, carga progresiva y la carga máxima hasta fractura. Al modelo computacional se trasladaron los parámetros mecánicos reales obtenidos de las piezas anatómicas basándose en la relación entre las unidades Hounsfield de la TAC de alta resolución y la densidad mineral ósea de cada elemento virtual, mientras que la propagación de la fractura se modeló mediante desarrollo computacional propio del equipo investigador, con disminución de las propiedades mecánicas de los elementos dañados conforme avanza la línea fractuaria. Resultados: El modelo computacional fue capaz de determinar el punto de inicio de la fractura, con una discreta tendencia a la medialización anatómica de dicho punto respecto a lo ocurrido de manera experimental. El grado de correlación fue muy alto al comparar el valor real de deformación progresiva de las muestras frente al obtenido por el modelo computacional. Sobre 32 puntos analizados, se obtuvo una pendiente de 1,03 en regresión lineal, con un error relativo entre las deformaciones del 6% y un coeficiente de Pearson de R2=0,99. El modelo computacional infraestimó discretamente la carga máxima de fractura, con un error relativo aproximado al 10%. Conclusión: El modelo computacional de AEF desarrollado por este equipo investigador multidisciplinar se puede considerar, en conjunto, un modelo completo de AEF de la extremidad proximal del fémur con aplicabilidad clínica futura al ser capaz de simular e imitar el comportamiento biomecánico de fémures humanos contrastado con un modelo experimental clásico realizado en piezas anatómicas. Sobre esta base podrán evaluarse interacciones cualitativas y cuantitativas que lo consoliden como un potente banco de ensayos de experimentación computacional sobre el fémur proximal humano

Fracture of the proximal extremity of the femur is the subject of research interest. The complexity of the bone framework and the structural inefficiency associated with ageing leave many variables yet to be understood from an experimental perspective. However, there is no clearly defined structural and biomechanical research model for hip fracture. The hypothesis of this paper is that it is possible to create a computational experimentation model that characterises the bone of the proximal extremity of the femur as a heterogeneous material from directly translating the mechanical parameters obtained from anatomical experimentation specimens. Material and method: An experimental paper comparing real experimentation on cadavers and a numerical model based on finite element analysis (FEA). The variables uses were: the start point of the fracture, propagation of the fracture, progressive load and maximum load until fracture. The real mechanical parameters obtained from the anatomical specimens were translated to the computational model based on the relationship between the Hounsfield units of the high resolution CAT scan and the bone mineral density of each virtual element, whereas the propagation of the fracture was modelled by the research team's own computational design, reducing the mechanical properties of the damaged elements as the fracture line advanced. Results: The computational model was able to determine the start point of the fracture, with a slight tendency towards anatomical medialisation of this point compared to what happened experimentally. The degree of correlation was very high on comparing the real value of progressive deformation of the samples compared to that obtained by the computational model. Over 32 points analysed, a slope of 1.03 in lineal regression was obtained, with a relative error between the deformations of 16% and a Pearson's coefficient of R2=.99. The computational model slightly underestimated the maximum fracture load, with a relative error of approximately 10%. Conclusion: The FEA computational model developed by this multi-disciplinary research team could be considered, as a whole, a complete FEA model of the proximal extremity of the femur with future clinical applicability since it was able to simulate and imitate the biomechanical behaviour of human femurs contrasted with a traditional experimental model made from anatomical specimens. On this basis, qualitative and quantitative interactions can be assessed which consolidate it as a powerful computational experimentation test bench for the human proximal femur

Coste de la fractura de cadera osteoporótica en España por comunidad autónoma / Cost of osteoporotic hip fracture in Spain per Autonomous Region

Objetivo: Se estimó la utilización de recursos sanitarios (URS) y costes asociados durante los 12 meses posteriores a una primera fractura de cadera osteoporótica (FCO) por comunidad autónoma (CC.AA.). Métodos: Estudio observacional, prospectivo, que incluyó pacientes ≥65años hospitalizados por una primera FCO en Andalucía, Cataluña, Comunidad Valenciana, Galicia, Madrid y País Vasco. Se registró la URS relacionada con la FCO, la calidad de vida y la autonomía del paciente, y se estimaron los costes asociados. Resultados: Participaron 487 pacientes (edad media: 83,1años, 77% mujeres), con características demográficas similares entre CC.AA. La duración media del ingreso fue más prolongada en Madrid y en Galicia (mujeres/hombres: 15,0/18,6 y 16,9/12,6 días) y menor en Andalucía y en la Comunidad Valenciana (8,2/7,2 y 8,4/9,4días). Las sesiones de rehabilitación y días de asistencia domiciliaria formal fueron más numerosos en Cataluña y en Madrid (mujeres/hombres: 16/21 y 17/29 sesiones; 19/20 y 30/27días) comparado con Andalucía y Galicia (4/1 y 3/0 sesiones; 3/1 y 1/0días). Los costes medios fueron más altos en Madrid y menores en Andalucía (mujeres/hombres: 12.321/12.297€ y 7.031/6.115€, respectivamente). Conclusiones: Las FCO implican un coste elevado para los sistemas sanitarios autonómicos, observándose diferencias notables entre CC.AA., derivadas principalmente de la duración diferencial de la primera estancia hospitalaria, así como al cuidado ambulatorio durante los meses posteriores. Estas diferencias podrían estar relacionadas con diferencias en la demora quirúrgica. Es deseable un abordaje y consenso a nivel nacional de este problema sanitario, con pautas de actuación comunes, ya que podría suponer grandes beneficios socioeconómicos y sanitarios globales

Objective: We estimated the health resource utilization (HRU) and associated costs during the 12months after a first osteoporotic hip fracture (OHF) in six Spanish Regions. Methods: Observational, prospective study including patients ≥65years-old hospitalized due to a first OHF in: Andalusia, Catalonia, Valencian Community, Galicia, Madrid and the Basque Country. HRU related to OHF, quality of life and patient autonomy were collected, and HRU-associated costs were estimated. Results: Four hundred and eighty-seven patients (mean age: 83.1years, 77% women) were included, with demographic characteristics that were similar across the Regions. Mean hospital stay was longest in Madrid and Galicia (women/men: 15.0/18.6 and 16.9/12.6days, respectively) and shortest in Andalusia and the Valencian Community (8.2/7.2 and 8.4/9.4days). There were more rehabilitation sessions and formal home care days in Catalonia and Madrid (women/men: 16/21 and 17/29 sessions; 19/20 and 30/27days) and fewer in Andalusia and Galicia (4/1 and 3/0 sessions; 3/1 and 1/0days). Mean HRU costs were higher in Madrid and lower in Andalusia (women/men: 12,321€/12,297€ and 7,031€/6,115€, respectively). Conclusions: OHF place a large burden on Spanish Regional Health Systems, including high economic costs. We found notable differences in mean costs across the Regions, mainly caused by the differential length of the first hospital stay and the outpatient care in subsequent months. These differences may be associated with differences in surgical delay. A national consensus on the management of OHF is desirable; moreover, agreeing common guidelines could have major socio-economic and healthcare benefits

Cost of osteoporotic hip fracture in Spain per Autonomous Region. / Coste de la fractura de cadera osteoporótica en España por comunidad autónoma.

OBJECTIVE: We estimated the health resource utilization (HRU) and associated costs during the 12months after a first osteoporotic hip fracture (OHF) in six Spanish Regions. METHODS: Observational, prospective study including patients ≥65years-old hospitalized due to a first OHF in: Andalusia, Catalonia, Valencian Community, Galicia, Madrid and the Basque Country. HRU related to OHF, quality of life and patient autonomy were collected, and HRU-associated costs were estimated. RESULTS: Four hundred and eighty-seven patients (mean age: 83.1years, 77% women) were included, with demographic characteristics that were similar across the Regions. Mean hospital stay was longest in Madrid and Galicia (women/men: 15.0/18.6 and 16.9/12.6days, respectively) and shortest in Andalusia and the Valencian Community (8.2/7.2 and 8.4/9.4days). There were more rehabilitation sessions and formal home care days in Catalonia and Madrid (women/men: 16/21 and 17/29 sessions; 19/20 and 30/27days) and fewer in Andalusia and Galicia (4/1 and 3/0 sessions; 3/1 and 1/0days). Mean HRU costs were higher in Madrid and lower in Andalusia (women/men: 12,321€/12,297€ and 7,031€/6,115€, respectively). CONCLUSIONS: OHF place a large burden on Spanish Regional Health Systems, including high economic costs. We found notable differences in mean costs across the Regions, mainly caused by the differential length of the first hospital stay and the outpatient care in subsequent months. These differences may be associated with differences in surgical delay. A national consensus on the management of OHF is desirable; moreover, agreeing common guidelines could have major socio-economic and healthcare benefits.

Análisis de la variación del comportamiento mecánico de la extremidad proximal del fémur mediante el método XFEM (eXtended Finite Element Method) / Analysis of mechanical behavior variation in the proximal femur using X-FEM (Extended Finite Element Method)

Introducción: El fémur humano ha sido ampliamente estudiado desde hace muchos años de manera experimental con análisis in vitro, y ahora, gracias a los avances de la informática, también se puede analizar de manera numérica. Algunos autores han demostrado la capacidad del método de los elementos finitos para predecir el comportamiento mecánico de este hueso, pero todavía son muchas las posibilidades recurriendo a la sinergia entre el método de los elementos finitos y ensayos experimentales. En este trabajo, por ejemplo, se estudia cómo afectan distintas simulaciones de osteoporosis a las cargas de fractura del fémur. El objetivo de este estudio es predecir la fractura de cadera, tanto la carga a la que se produce ésta como la propagación de la fisura sobre el hueso. Aplicando el método de los elementos finitos al campo de la biomecánica se puede realizar una simulación que muestre el comportamiento del hueso bajo diferentes condiciones de carga. Material y métodos: A partir de imágenes DICOM de tomografía computarizada de la extremidad proximal del fémur derecha de un varón se ha obtenido la geometría del hueso. Mediante un programa informático se han generado las propiedades mecánicas dependientes de la densidad mineral ósea de cada vóxel, y posteriormente se ha utilizado un código de elementos finitos para aplicar diferentes configuraciones de carga y estudiar los valores de fractura del hueso. El modelo numérico ha sido validado a través de un artículo de la literatura científica. Resultados: La carga de fractura en configuración de caída lateral es aproximadamente la mitad que la carga en el caso de la posición normal, lo cual concuerda con diferentes estudios experimentales presentes en la literatura científica. Además se han estudiado diferentes condiciones de carga en situaciones cotidianas, en las que se ha observado que la carga de fractura es mínima en la posición monopodal. También se han simulado condiciones de osteoporosis en las que se ha comprobado cómo desciende la carga de fractura al disminuir las propiedades mecánicas óseas. Conclusiones: Mediante el método de los elementos finitos en conjunto con una imagen médica DICOM es posible el estudio de la biomecánica de la cadera y obtener una estimación del fallo del hueso. Además se pueden aplicar diferentes configuraciones de carga y variar las propiedades mecánicas del hueso para simular el comportamiento mecánico de éste bajo condiciones osteoporóticas (AU)

Introduction: For years, the human femur has been extensively studied experimentally with in vitro analysis. Nowadays, with computer advances, it can also be analyzed numerically. Some authors report the usefulness of finite method in predicting the mechanical behavior of this bone. There are many possibilities using the synergy between the method finite element and experimental trials. In this paper, for example, we study how they affect different osteoporotic simulations involving femur fracture loads. The aim of this study is to predict hip fracture, both the load to which this occurs as the propagation of the crack in the bone. By applying the finite element method to the field of bio-mechanics, simulation can be carried out to show the behavior under different bone load conditions. Material and methods: Using DICOM images, CT scan of the proximal end of the right femur of a male has been obtained bone geometry. By a computer program they have been generated dependent mechanical properties of the BMD each voxel, and then used a finite code to apply different load configurations and study values bone fracture elements. The numerical model has been validated in the literature. Results: Load breaking in lateral fall configuration is approximately half the load in the case of the normal position, which agrees with different experimental studies published. In addition, we have studied various load conditions in everyday situations, where it was observed that the load fracture is minimal in mono-podal position. Osteoporotic conditions have also been simulated which confirmed that the load fracture has been reduced by decreasing mechanical properties. Conclusions: By using the finite element method in conjunction with DICOM medical imaging, it is possible to study the biomechanics of the hip and obtain an estimate of bone failure. In addition, different load configurations can be applied and vary the mechanical properties of bone to simulate the mechanical behavior of low osteoporotic conditions (AU)