Nanorreator interrompe o ciclo de senescência em células da medula óssea envelhecida e restaura o osso em camundongos idosos

O envelhecimento da medula óssea favorece a osteoporose, o acúmulo de gordura na medula e a perda da capacidade regenerativa. As células positivas para o receptor de leptina (LepR+) são uma população central de células-tronco/progenitoras esqueléticas, que formam osso e secretam fatores que sustentam vasos sanguíneos, linfáticos e nervos. Quando essas células se tornam senescentes com a idade, todo o nicho da medula se deteriora. O que de fato leva à senescência dessas células ainda não estava claro, o que limitava intervenções direcionadas.

Os autores primeiro analisaram um conjunto de dados de RNA-seq já existente (CRA025008), que compara células LepR+ de camundongos jovens e idosos. As células idosas apresentaram enriquecimento de vias de senescência celular e de metabolismo de ROS, além de menor expressão de genes da biossíntese de óxido nítrico e comprometimento da homeostase do íon magnésio. Cortes de medula mostraram mais células P21+LepR+ e IL-6+LepR+ em camundongos idosos (n = 5). A partir disso, propuseram um ciclo vicioso: o envelhecimento reduz o NO, o que diminui o influxo de Mg2+, o que aumenta o vazamento de elétrons mitocondriais e a produção de ROS, o que leva a mais senescência.

Para interromper o ciclo, eles construíram um nanorreator. A L-arginina foi combinada com oleato e carregada em nanopartículas poliméricas de mPEG-b-PPS, que depois foram reticuladas com Mg2+ (LPM). O revestimento com membranas de células LepR+ senescentes originou o CLPM. A microscopia eletrônica de transmissão (TEM) mostrou partículas esféricas de 98,2 ± 6,8 nm (LPM) e 114,7 ± 3,7 nm (CLPM). O potencial zeta passou de +4,3 mV para −12,6 mV após o revestimento, e FTIR, XPS e mapeamento elementar confirmaram a coordenação do Mg2+. O bloco PPS é sensível à oxidação: níveis altos de ROS o convertem de hidrofóbico em hidrofílico, desmontando a partícula, liberando Mg2+ e L-arginina e consumindo ROS.

Em células LepR+ idosas cultivadas, o CLPM a 50 μM não apresentou citotoxicidade ao longo de 72 horas e foi mais captado do que o LPM sem revestimento. As células tratadas apresentaram mais NO e Mg2+ e menos ROS. Elas tiveram menos células SA-β-Gal+, menor expressão de P21, PPARγ e FABP4, recuperação de OSX e OCN, coloração mais intensa para ALP e vermelho de alizarina e menos coloração lipídica com Oil Red O. O CLPM superou o LPM, o que reforça o valor do direcionamento homólogo.

Em camundongos idosos, o CLPM injetado localmente na medula óssea aumentou a fração de volume ósseo, o número de trabéculas e a espessura trabecular, e diminuiu a separação trabecular em comparação com PBS (n = 5). Reduziu as células LepR+P21+ e os adipócitos da medula, e elevou CD31, VEGF-C, LYVE1, NGF e TUBB3, indicando recuperação vascular, linfática e neural. Os principais órgãos não mostraram anormalidades histopatológicas. O RNA-seq (n = 3) mostrou supressão das vias de senescência, ciclo celular e p53. In vivo, NO e Mg2+ aumentaram e as assinaturas de resposta a ROS diminuíram. A adição de L-NAME (inibidor de NO), EDTA-OH (depletor de Mg2+) ou rotenona (indutora de ROS) reverteu o benefício, o que sustenta a dependência dos três componentes do ciclo.

O trabalho é pré-clínico. Apenas a injeção local foi testada, portanto farmacocinética sistêmica, biodistribuição, imunogenicidade, efeitos fora do alvo e segurança de longo prazo são desconhecidos. É necessária a validação em outros modelos de envelhecimento e em animais de grande porte. Vários experimentos usaram n = 3, e o ciclo NO/Mg2+/ROS é em parte inferido a partir de dados transcriptômicos.