RESUMEN
ABSTRACT Introduction: Apoptosis is a contributing factor to degenerating intervertebral disc (IVD). Disc regeneration has been attempted by transplanting cells into the disc, with some gains in disc height achieved in animal models. Here, we study whether the apoptotic microenvironment affects the transplanted disc cells. Methods: Human annulus fibrosus (AF) and nucleus pulposus (NP) cells were grown in media then starved for 5 days in vitro by not changing the media. Three aspects of apoptotic cell influence on the transplanted cells were tested in a total of 32 samples: 1) the effect of apoptotic cytokines in the media, 2) reduced glucose in the media, and 3) apoptotic cell bodies in the flask. The Trypan Blue, AlamarBlue®, and 1,9-Dimethyl-Methylene Blue assays for sulfated glycosaminoglycan (sGAG) content were performed (n=4). Results: There were significant decreases in cell viability between the control, 25% conditioned media (CM) and starved control group. There were no significant differences in cell number, metabolic activity or sGAG production in cells grown in different conditioned media compared to cells grown in complete media. The cells of the control decreased in viability and number over the 5 days without feeding, then improved dramatically when feeding was resumed. Flasks that received transplanted cells in addition to renewed feeding did not recover as much as the cells in the re-fed group. Conclusions: Cytokines from starved cells negatively impact on the viability of healthy cells. Starving cells that receive new sources of nutrition have even higher viability than transplanted cells. This indicates that altering and improving the nutrient supply problem in the IVD could be a valuable option. Level of Evidence III; Case control studyg.
RESUMO Introdução: A apoptose é um fator que contribui para a degeneração do disco intervertebral (DIV). A tentativa de regenerar o disco foi por meio de transplante de células no disco, com alguns ganhos de altura do disco alcançados em modelos animais. Aqui estudamos se o microambiente apoptótico afeta as células do disco transplantadas. Métodos: Células humanas do ânulo fibroso (AF) e do núcleo pulposo (NP) foram cultivadas in vitro em meio de cultura e privadas de nutrição por cinco dias, sem alteração dos meios. Três aspectos da influência de células apoptóticas em células transplantadas foram testados em um total de 32 amostras: 1) o efeito de citocinas apoptóticas no meio de cultura, 2) redução de glicose no meio e 3) corpos celulares apoptóticos no frasco. Realizaram-se ensaios com azul de tripano, AlamarBlue® e 1,9-dimetil azul de metileno para o teor de glicosaminoglicano sulfatado (sGAG) (n = 4). Resultados: Constataram-se decréscimos significativos na viabilidade celular entre o grupo controle, meio condicionado (MC) a 25% e grupo controle privado de nutrição. Não houve diferenças significativas no número de células, atividade metabólica ou produção de sGAG em células cultivadas em diferentes meios condicionados em comparação com o meio completo. As células de controle tiveram redução de viabilidade e de número ao longo dos 5 dias sem alimentação; a seguir, houve melhorara substancial ao se retomar a alimentação. Os frascos que receberam células transplantadas, além da alimentação renovada, não se recuperaram tanto quanto as células do grupo realimentado. Conclusões: As citocinas de células famintas tiveram impacto negativo sobre a viabilidade das células saudáveis. As células famintas que recebem novas fontes de nutrição têm viabilidade ainda maior do que as células transplantadas. Isso indica que alterar e melhorar o fornecimento de nutrientes no DIV pode ser uma opção valiosa. Nível de Evidência III; Estudo de caso controleg.
RESUMEN Introducción: La apoptosis es un factor que contribuye a la degeneración del disco intervertebral (DIV). El intento de regenerar el disco fue por medio de trasplante de células en el disco, con el que se ganó el aumento de altura del disco logrado en modelos animales. Aquí estudiamos si el microambiente apoptótico afecta a las células del disco trasplantadas. Métodos: Células humanas del anillo fibroso (AF) humano y del núcleo pulposo (NP) fueron cultivadas in vitro en medio de cultivo y privadas de nutrición por 5 días, sin alteración de los medios. Tres aspectos de la influencia de las células apoptóticas trasplantadas se probaron en un total de 32 muestras: 1) el efecto de las citoquinas apoptóticas en el medio de cultivo, 2) reducción de la glucosa en el medio y 3) los cuerpos celulares apoptóticos en el matraz. Se realizaron ensayos con azul de tripano, AlamarBlue® y 1,9-dimetil-azul de metileno para el contenido de glicosaminoglicano sulfatado (sGAG) (n = 4). Resultados: Se constataron disminuciones significativas de la viabilidad celular entre el grupo control, medio condicionado (MC) al 25% y el grupo control privado de nutrición. No hubo diferencias significativas en el número de células, la actividad metabólica o producción de sGAG en células cultivadas en diferentes medios condicionados en comparación con el medio completo. Las células de control tuvieron reducción de viabilidad y de número a lo largo de los 5 días sin alimentación; luego, hubo una mejora sustancial al reanudar la alimentación. Los matraces que recibieron células trasplantadas, además de la alimentación renovada, no se recuperaron tanto como las células del grupo alimentado nuevamente. Conclusiones: Las citoquinas de las células privadas de alimento tuvieron un impacto negativo en la viabilidad de las células sanas. Las células hambrientas que reciben nuevas fuentes de nutrición tienen mayor viabilidad que las células trasplantadas. Esto indica que cambiar y mejorar suministro de nutrientes en el DIV puede ser una opción valiosa. Nivel de Evidencia III; Estudio de caso controlg.
Asunto(s)
Humanos , Degeneración del Disco Intervertebral , Apoptosis , Trasplante de Células , MetabolismoRESUMEN
ABSTRACT The intervertebral disc (IVD) is one of the parts of the body most commonly affected by disease, and it is only recently that we have come closer to understanding the reasons for its degeneration, in which nutrient supply plays a crucial role. In this literature review, we discuss the basic principles and characteristics of energy supply and demand to the IVD. Specifically, we review how different metabolites influence IVD cell activity, the effects of mechanical loading on IVD cell metabolism, and differences in energy metabolism of the annulus fibrous and nucleus pulposus cell phenotypes. Determining the factors that influence nutrient supply and demand in the IVD will enhance our understanding of the IVD pathology, and help to elucidate new therapeutic targets for IVD degeneration treatment.
RESUMO O disco intervertebral (IVD) é uma das partes mais comuns do corpo e apenas recentemente nos aproximamos de compreender as razões da sua degeneração, em que o suprimento de nutrientes desempenha um papel crucial. Nesta revisão da literatura, discutimos os princípios básicos e as nuances do fornecimento e da demanda de energia para o IVD. Específicamente, analisamos como os diferentes metabólitos influenciam na atividade das células IVD, os efeitos da carga mecânica no metabolismo das células IVD, a diferença no metabolismo energético dos fenótipos das células fibrosas e do núcleo do pulposus anelar. A determinação de fatores que influenciam o suprimento e a demanda de nutrientes no IVD aumentará nossa compreensão da patologia IVD e ajudará a elucidar novos alvos terapêuticos para o tratamento da degeneração IVD.
RESUMEN El disco intervertebral (IVD, por sus siglas en inglés) es una de las partes más comúnmente enfermas del cuerpo y solo recientemente nos acercamos a la comprensión de los motivos de su degeneración, de los cuales el suministro de nutrientes juega un papel crucial. En esta revisión de la literatura discutimos los principios básicos y los matices de la oferta y demanda de energía para el IVD. Específicamente, revisamos cómo los diferentes metabolitos influyen en la actividad de las células IVD, los efectos de la carga mecánica sobre el metabolismo de las células IVD y las diferencias en el metabolismo energético de los fenotipos de las células del anillo fibroso y el núcleo pulposo. La determinación de los factores que influyen en la oferta y demanda de nutrientes en el IVD mejorará nuestra comprensión de la patología IVD y ayudará a dilucidar nuevos objetivos terapéuticos para el tratamiento de la degeneración IVD.