Correction Notice:
In the original version of this article, published on January 13, 2024, there was a minor error in the 4th paragraph. It incorrectly stated that "COLL II, type II collagen, is a prominent connective tissue that..." However, COLL II refers to a component rather than a type of tissue. We thank Ángel from our translation department for bringing this to our attention.
Press Release: Atelocollagen in 3D Culture Models Points to Treatment of Osteoarthritis
RAISA KARNIK
No translator
3D models often recall mental images of sculptures or multidimensional computer graphics depicting various objects. 3D models help game developers create an immersive experience and experiment with character design to craft realistic figures. In manufacturing, 3D modeling makes the process of generating prototypes more efficient and cost-effective. By providing the ability to view different variations of designs without any costs, modeling provides access to solutions through testing and visualization.
When it comes to the medical field, 3D modeling has previously been used to render anatomical images in greater detail in order to better understand bodily functions. Lately, however, 3D modeling has made waves in depicting diseases, with a focus on their severity and progression. Unlike a model depicting computer graphics, 3D culture models allow cells to interact in three dimensions and better display cell growth and movement, according to the Food and Drug Administration. Culture models are beneficial in replicating the complexities of disease by promoting interactions between cells and providing insight into potential solutions. In this issue of the Journal of Young Investigators, Priscilla Detwieler and her colleagues demonstrate that atelocollagen incorporated in a 3D model is shown to simulate a potential treatment for inflammation-induced osteoarthritis.
Osteoarthritis is a degenerative form of arthritis, occurring when the cartilage that surrounds the bone, or articular cartilage, breaks down over time. This degeneration has been recently proven to be exacerbated by inflammation, and contemporary treatments are not preventative, only addressing symptoms after they appear. To better demonstrate the impacts of osteoarthritis, 3D models can be created around the presence of a matrix that mimics a joint, often containing hyaluronan, defined as the component of a matrix that regulates the tissue in instances of injury and healing. In these models, when atelocollagen- a type of collagen that can deliver drugs and acts as a safe biomaterial- is added to a hyaluronan matrix, there is greater development of articular cartilage and inflammation is mitigated.
Many benchmarks were used to determine the effects of atelocollagen in hyaluronan matrices. COLL II, type II collagen, is a prominent protein present in connective tissue that provides support to joints, and MMP13 primarily breaks down COLL II. There was a reported increase in COLL II and a reported decrease in MMP13 when atelocollagen was added to the hyaluronan matrix, signifying less degradation of tissue. Similarly, certain measures were used to assess the condition of inflammation in the joints. When used as indicators for inflammation, both COLL II and MMP13 showed that inflammation was present when cartilage degradation occurred. Additionally, in cultures with hyaluronan and atelocollagen, there was a decrease in inflammation indicators compared to the control culture.
Using atelocollagen to address osteoarthritis has great potential to provide a preventative solution as opposed to a typical treatment of symptoms, highlighting a shift in medicine to a more patient-focused care. Similar to the injection of collagen to treat osteoarthritis in the knee joint, future application for atelocollagen may lie in its injection, due to its ability to prevent the body from triggering an immune response upon its insertion. Additionally, future research may be oriented towards making models more reflective of human bodily reactions, and studying the process of recovery to make care less reactive.
References:
- Detweiler, P., et al. (2023) ‘Atelocollagen Added to Hyaluronan Matrix is an Appropriate 3D Culture Model of Inflammation-Induced Osteoarthritis.’ Journal of Young Investigators, 1(1). [accessed 6 Jan 2024]
- Garantziotis, S., Savani, R. C. (2019) ‘Hyaluronan biology: A complex balancing act of structure, function, location and context.’ Matrix biology : journal of the International Society for Matrix Biology, 78-79, 1–10. available: https://doi.org/10.1016/j.matbio.2019.02.002 [accessed 7 Jan 2024]
- Hanai, K., et al. (2012) ‘Effects of atelocollagen formulation containing oligonucleotide on endothelial permeability.’ Journal of drug delivery, 2012, 245835. available: https://doi.org/10.1155/2012/245835 [accessed 7 Jan 2024]
- Tarantino, D., et al. (2023) ‘Intra-Articular Collagen Injections for Osteoarthritis: A Narrative Review.’ International journal of environmental research and public health, 20(5), 4390. available: https://doi.org/10.3390/ijerph20054390 [accessed 7 Jan 2024]
- (2021) ‘Three-Dimensional (3D) Cell Culture (Microphysiological) Platforms as Drug Development Tools’ US Food and Drug Administration, available: https://www.fda.gov/drugs/regulatory-science-action/three-dimensional-3d-cell-culture-microphysiological-platforms-drug-development-tools [accessed 7 Jan 2024]
Comunicado de prensa: Uso del atelocolágeno en modelos de cultivo celular 3D para el tratamiento de la Osteoartritis
RAISA KARNIK
Angela Carrascosa
Hablar de modelos 3D suele evocar imágenes de esculturas o gráficos digitales representando diferentes objetos. Estos se usan en el desarrollo de videojuegos a fin de crear una experiencia inmersiva, y experimentar con el diseño de personajes para conseguir figuras realistas. También se emplean en los procesos de manufactura, ya que hacen que la concepción de prototipos sea más eficiente y rentable. Gracias a la posibilidad de considerar una variedad de propuestas sin ningún coste adicional, el uso de modelos nos permite diseñar soluciones por medio de pruebas y visualización.
En el campo de la medicina, los modelos 3D han sido usados para visualizar el cuerpo humano en mayor detalle, con el propósito de comprender su funcionamiento. Sin embargo, últimamente el uso de modelos 3D ha generado impacto en el estudio de enfermedades, enfocándose en su gravedad y progresión. Según la Administración de Alimentos y Medicamentos, los cultivos celulares en 3D, al contrario que los gráficos digitales, permiten la interacción tridimensional entre células y exhiben mejor su crecimiento y actividad. Estos son útiles a la hora de replicar una enfermedad en detalle, al favorecer la interacción entre células y ayudarnos a la hora de considerar soluciones. En esta edición de la JYI (Journal of Young Investigators), se estudiará la incorporación de atelocolágeno en un modelo 3D, y su potencial como tratamiento de la osteoartritis inducida por inflamación.
La osteoartritis es una forma degenerativa de artritis que ocurre cuando el cartílago que envuelve el hueso, o cartílago articular, se rompe debido al desgaste con el tiempo, encontrado alrededor de los huesos. Recientemente se ha demostrado que esta enfermedad se agrava con la inflamación, y actualmente solo se dispone de tratamientos sintomáticos, no preventivos.
Para un mejor estudio de los efectos de la osteoartritis, se puede crear un modelo 3D alrededor de una matriz extracelular, simulando una articulación. Esta a menudo contiene ácido hialurónico, que regula el tejido en caso de lesión o regeneración. En estos modelos, cuando el atelocolágeno-un tipo de colágeno capaz de transportar medicamentos y actuar como un biomaterial seguro- es añadido a la matriz de ácido hialurónico, hay un mayor desarrollo del cartílago articular, así como una disminución de la inflamación.
Varios indicadores fueron usados para determinar los efectos del atelocolágeno en matrices de ácido hialurónico. El COLL II (colágeno de tipo 2), es una proteína importante, presente en el tejido conectivo, que apoya las articulaciones, y el MMP13 descompone principalmente esta proteína. Al añadir atelocolágeno a la matriz de ácido hialurónico, se observó un aumento de COLL II así como una disminución de MMP13, indicando una menor degradación del tejido. Del mismo modo, se evaluó el estado de la inflamación en las articulaciones. Al usarse como indicadores de inflamación, tanto el COLL II como el MMP13 demostraron la presencia de inflamación al ocurrir la degradación del cartílago. Además, los cultivos con ácido hialurónico y atelocolágeno presentaron una disminución de los indicadores de inflamación, en comparación al cultivo de control.
El uso de atelocolágeno para tratar la osteoartritis posee un gran potencial como una solución preventiva, en contraste con los típicos tratamientos sintomáticos. Esto supondría un planteamiento distinto en los medicamentos, más centrado en el paciente. De forma similar a las inyecciones de colágeno, usados para tratar la osteoartritis en la rodilla, futuras aplicaciones del atelocolágeno podrían centrarse en la inyección, debido a su capacidad de prevenir una respuesta inmunológica tras su inserción. Asimismo, futuras investigaciones podrían estar orientadas hacia la creación de modelos que emulen de forma más precisa las reacciones del cuerpo humano. Otro posible enfoque sería estudiar el proceso de rehabilitación para que el tratamiento sea menos reactivo.
Referencias:
- Detweiler, P., et al. (2023) ‘Atelocollagen Added to Hyaluronan Matrix is an Appropriate 3D Culture Model of Inflammation-Induced Osteoarthritis.’ Journal of Young Investigators, 1(1). [accessed 6 Jan 2024]
- Garantziotis, S., Savani, R. C. (2019) ‘Hyaluronan biology: A complex balancing act of structure, function, location and context.’ Matrix biology : journal of the International Society for Matrix Biology, 78-79, 1–10. available: https://doi.org/10.1016/j.matbio.2019.02.002 [accessed 7 Jan 2024]
- Hanai, K., et al. (2012) ‘Effects of atelocollagen formulation containing oligonucleotide on endothelial permeability.’ Journal of drug delivery, 2012, 245835. available: https://doi.org/10.1155/2012/245835 [accessed 7 Jan 2024]
- Tarantino, D., et al. (2023) ‘Intra-Articular Collagen Injections for Osteoarthritis: A Narrative Review.’ International journal of environmental research and public health, 20(5), 4390. available: https://doi.org/10.3390/ijerph20054390 [accessed 7 Jan 2024]
- (2021) ‘Three-Dimensional (3D) Cell Culture (Microphysiological) Platforms as Drug Development Tools’ US Food and Drug Administration, available: https://www.fda.gov/drugs/regulatory-science-action/three-dimensional-3d-cell-culture-microphysiological-platforms-drug-development-tools [accessed 7 Jan 2024]
Communiqué de presse L'atélocollagène dans les modèles de culture en 3D propose un traitement de l'arthrose.
RAISA KARNIK
Amina ALMEKY
Les modèles 3D évoquent souvent des images de sculptures ou de représentations infographiques multidimensionnelles illustrant divers objets. Ils permettent aux développeurs de jeux de créer une expérience immersive et d'explorer la conception de personnages afin d'élaborer des figures réalistes. Dans l'industrie manufacturière, la modélisation 3D rend le processus de création de prototypes plus efficace et plus économique. En offrant la possibilité d'accéder gratuitement à une diversité de dessins visuels, elle permet d'examiner différentes solutions par le biais de tests et visualisations.
Dans le domaine médical, la modélisation 3D a déjà été utilisée pour rendre des images anatomiques plus détaillées afin de mieux comprendre les fonctions corporelles. Récemment, cependant, la modélisation 3D a suscité l'engouement par sa capacité à décrire les maladies en insistant sur leur sévérité et leur progression. Contrairement au modèle présenté dans l'infographie les modèles de culture 3D permettent aux cellules d'interagir en trois dimensions et de mieux visualiser la croissance et le mouvement des cellules, selon Food and Drug Administration. Les modèles de culture contribuent à reproduire les complexités d'une maladie en stimulant les interactions entre les cellules et en donnant un aperçu des solutions potentielles. Dans ce numéro du Journal of Young Investigators, l'atélocollagène incorporé dans un modèle 3D permet de simuler un traitement potentiel de l'arthrose causée par l'inflammation.
L'arthrose est une forme dégénérative d'arthrite, qui se produisent lorsque le cartilage qui entoure l'os, le cartilage articulaire, se dégrade avec le temps. Il a été récemment prouvé que cette dégénération est aggravée par l'inflammation et les traitements actuels ne sont pas préventifs. Ils s’occupent de traiter les symptômes une fois qu'ils sont apparus. Pour mieux démontrer l'impact de l'arthrose, des modèles 3D peuvent être créés autour de la présence d'une matrice qui imite une articulation, contenant souvent de l'hyaluronane, défini comme le composant d'une matrice qui régule le tissu dans les cas de blessure et de guérison. Dans ces modèles, lorsque l'atélocollagène, un type de collagène qui peut délivrer des médicaments et agit comme un biomatériau sûr, est ajouté à une matrice d'hyaluronane, le développement du cartilage articulaire est plus important et l'inflammation est atténuée.
De nombreuses références ont été utilisées pour déterminer les effets de l'atélocollagène dans les matrices d’hyaluronane. Le COLL II, collagène de type II, est un tissu conjonctif important qui soutient les articulations, et la MMP13 dégrade principalement le COLL II. Une augmentation du COLL II et une diminution de la MMP13 ont été signalées lorsque l'atélocollagène a été ajouté à la matrice d'hyaluronane, ce qui signifie que la dégradation des tissus est moindre. Pareillement, certaines mesures ont été utilisées pour évaluer l'état de l'inflammation dans les articulations. Utilisés comme indicateurs de l'inflammation, COLL II et MMP13 ont montré que l'inflammation était présente lors la dégradation du cartilage. Par ailleurs, dans les cultures avec l'hyaluronane et l'atélocollagène, on a observé une diminution des indicateurs d'inflammation par rapport à la culture de contrôle.
L'utilisation de l'atélocollagène pour traiter l'arthrose offre un grand potentiel en tant que solution préventive, contrairement au traitement habituel des symptômes, ce qui reflète l'évolution de la médecine vers des soins plus axés sur le patient. Comme l'injection de collagène pour traiter l'arthrose dans l'articulation du genou, l'application future de l'atélocollagène pourrait résider dans son injection, en raison de sa capacité à empêcher le corps de provoquer une réponse immunitaire lors de son insertion. En outre, les recherches futures pourraient être orientées vers la réalisation de modèles qui reflètent mieux les réactions corporelles humaines et vers l'étude du processus de récupération afin de rendre les traitements moins réactifs.
Références:
- Detweiler, P., et al. (2023) ‘Atelocollagen Added to Hyaluronan Matrix is an Appropriate 3D Culture Model of Inflammation-Induced Osteoarthritis.’ Journal of Young Investigators, 1(1). [accessed 6 Jan 2024]
- Garantziotis, S., Savani, R. C. (2019) ‘Hyaluronan biology: A complex balancing act of structure, function, location and context.’ Matrix biology : journal of the International Society for Matrix Biology, 78-79, 1–10. available: https://doi.org/10.1016/j.matbio.2019.02.002 [accessed 7 Jan 2024]
- Hanai, K., et al. (2012) ‘Effects of atelocollagen formulation containing oligonucleotide on endothelial permeability.’ Journal of drug delivery, 2012, 245835. available: https://doi.org/10.1155/2012/245835 [accessed 7 Jan 2024]
- Tarantino, D., et al. (2023) ‘Intra-Articular Collagen Injections for Osteoarthritis: A Narrative Review.’ International journal of environmental research and public health, 20(5), 4390. available: https://doi.org/10.3390/ijerph20054390 [accessed 7 Jan 2024]
- (2021) ‘Three-Dimensional (3D) Cell Culture (Microphysiological) Platforms as Drug Development Tools’ US Food and Drug Administration, available: https://www.fda.gov/drugs/regulatory-science-action/three-dimensional-3d-cell-culture-microphysiological-platforms-drug-development-tools [accessed 7 Jan 2024]
三维培养模型中的去端肽胶原可用于治疗骨关节炎
RAISA KARNIK
Bevery Yuen, Yihe Liang
三维模型通常会让人联想到雕塑的心理图像或多维电脑图形所描绘的各种物体。三维模型可协助游戏开发人员研发身临其境的体验，并利用角色设计来制作逼真的人物。在制造中，三维建模使原型生成过程更加高效且更具成本效益。透过无成本的方式查看不同的设计改变，建模可以透过测试和视觉化提供解决方案。
在医学领域，三维建模曾被用来做更详细的解剖影像，以便更好地了解身体功能。然而最近三维建模在描述疾病方面掀起了热潮，主要关注疾病的严重程度和进展。据美国食品和药物管理局称，与描绘电脑图形的模型不同，三维培养模型允许细胞在三个维度上相互作用，并更好地显示细胞生长和运动。培养模型有利于透过促进细胞之间的相互作用，并提供对潜在解决方案来复制疾病的复杂性。在这期《青年研究者杂志》（Journal of Young Investigators）中，展示了将去端肽胶原蛋白纳入三维模型中，以模拟治疗炎症诱发性骨关节炎的潜在方法。
骨关节炎是关节炎的一种退化形式。最近证实这种退化会因炎症而加剧，而当代的治疗方法并不能预防，只能在症状出现后解决。为了更好地展示骨关节炎的影响，可以围绕模拟关节的基质创建三维模型，该基质通常含有透明质酸，透明质酸被定义为在损伤和愈合时调节组织的基质成分。在这些模型中，当去端肽胶原（一种可以输送药物并充当安全生物材料的胶原蛋白）添加到透明质酸基质中时，关节软骨会更好的生长，炎症也会减轻。
许多基准用于确定去端肽胶原在透明质酸基质中的作用。II型胶原蛋白（UC2）是结缔组织中存在的重要蛋白质，为关节提供支持，人基质金属蛋白酶-13 (MMP-13)主要分解II型胶原蛋白。据报导，当去端肽胶原添加到透明质酸基质中时，II型胶原蛋白增加，人基质金属蛋白酶减少，这表明组织降解减少。 同样，使用某些措施来评估关节炎症状况。当用作炎症指标时，II型胶原蛋白和人基质金属蛋白酶均显示软骨退化时存在炎症。此外，与对照培养物相比，在含有透明质酸和去端肽胶原的培养物中，炎症指标减少。
与典型的症状治疗不同，使用去端胶原来治疗骨关节炎具有提供预防性解决方案的巨大潜力，这凸显了医学向更以患者为中心的护理的转变。与注射胶原蛋白治疗膝关节骨关节炎类似，去端肽胶原的未来应用可能在于注射，因为它能够防止身体在插入后触发免疫反应。此外，未来的研究可能致力于使模型更能反映人体反应，并研究恢复过程以减少护理反应。
来源
- Detweiler, P., et al. (2023) ‘Atelocollagen Added to Hyaluronan Matrix is an Appropriate 3D Culture Model of Inflammation-Induced Osteoarthritis.’ Journal of Young Investigators, 1(1). [accessed 6 Jan 2024]
- Garantziotis, S., Savani, R. C. (2019) ‘Hyaluronan biology: A complex balancing act of structure, function, location and context.’ Matrix biology : journal of the International Society for Matrix Biology, 78-79, 1–10. available: https://doi.org/10.1016/j.matbio.2019.02.002 [accessed 7 Jan 2024]
- Hanai, K., et al. (2012) ‘Effects of atelocollagen formulation containing oligonucleotide on endothelial permeability.’ Journal of drug delivery, 2012, 245835. available: https://doi.org/10.1155/2012/245835 [accessed 7 Jan 2024]
- Tarantino, D., et al. (2023) ‘Intra-Articular Collagen Injections for Osteoarthritis: A Narrative Review.’ International journal of environmental research and public health, 20(5), 4390. available: https://doi.org/10.3390/ijerph20054390 [accessed 7 Jan 2024]
- (2021) ‘Three-Dimensional (3D) Cell Culture (Microphysiological) Platforms as Drug Development Tools’ US Food and Drug Administration, available: https://www.fda.gov/drugs/regulatory-science-action/three-dimensional-3d-cell-culture-microphysiological-platforms-drug-development-tools [accessed 7 Jan 2024]