Včasná regenerační intervence u posttraumatické osteoartrózy (ERIPTO)

Oblast regenerativní medicíny a ortobiologie vzbudila zájem mnoha klinických lékařů a členů vědecké komunity. Za posledních 20 let byl v této oblasti velký zájem a růst, pátrání po muskuloskeletálních a kmenových buňkách Scopus vedlo k více než 3000 dokumentům, z nichž více než třetina jsou recenze. Výsledkem vyhledávání PubMed za posledních 6 let bylo za posledních 5 let 52 publikací.

Bohužel došlo k fragmentaci regenerativní medicíny u mnoha lékařů používajících zobecněné protokoly, což vedlo k malému významnému klinickému zlepšení nebo krátkodobým přínosům, které často časem mizí.

Stále existuje mnoho výzkumů, které je třeba provést, abychom objasnili, jak nejlépe využít různé složky regenerativní medicíny a také patofyziologii osteoartrózy.

Studie ERIPTO se snaží studovat navrhovaný protokol využívající různé složky regenerativní medicíny včetně plazmy bohaté na krevní destičky (PRP), kyseliny hyaluronové (HA) a koncentrátu aspirátu lidské kostní dřeně (BMAC).

Při traumatu a normálním hojení ran je kolagen často počátečním aktivátorem krevních destiček s vývojem monovrstev krevních destiček na exponovaných površích kolagenu, jak je vidět u posttraumatických kloubů. To je v protikladu k okamžitému proteolytickému štěpení krevních destiček trombinem s následným okamžitým uvolněním uložených růstových faktorů. Byly studovány studie genové exprese v kloubech po mechanickém poškození kloubní chrupavky. V modelu střihu versus nárazu výzkumníci zjistili zvýšení exprese kolagenu typu 1 po traumatu kloubního povrchu. Tato exprese kolagenu může působit jako kotva pro perkutánně injikovaný PRP do posttraumatických kloubů, aby napomohla stabilní sekreci růstových faktorů.

Je známo, že průměrná délka života mezangiální buňky po vložení do kloubu je přibližně 30 dní. Pouze 26 % transplantovaných buněk přežívá uvnitř kloubu. Tento časový rámec je podmíněn poskytnutím vhodného a pohostinného prostředí pro buňku, do které má být injikována. S ohledem na katabolické mikroprostředí osteoartrózy je zřejmé, že artritický kloub v mnoha případech skrývá molekulární prostředí, které není vhodné nebo prospěšné pro transplantované mesangiální buňky a nativní buňky včetně chondrocytů, kolagenu typu 2, extracelulární matrix, synovie. , stejně jako subchondrální progenitorové buňky. Může také podporovat osteogenní diferenciaci nativní chrupavky a vést k progresi do konečného stadia onemocnění kloubů.

Objevuje se také výzkum týkající se zánětlivé niky přítomné v prostředí v době transplantace mesangiálních buněk a může mít vliv na trofické faktory vylučované mezenchymálními kmenovými buňkami (MSC) a také na imunomodulační účinky, které mají. Stimulace receptorů typu Toll na polarizaci MSC hraje důležitou roli ve vývoji prozánětlivých nebo protizánětlivých MSC. Prozánětlivé faktory přítomné v prostředí, jako je interferon (IFN) gama nebo IFN alfa, mohou ovlivnit diferenciaci v prozánětlivé linii MSC a pomoci podpořit následnou imunitní modulaci k podpoře diferenciace M1 (prozánětlivého) makrofágu, aktivace CD8 T buněk, stejně jako zvýšená exprese prozánětlivých chemokinů, jako jsou CCL2, CXCL-9 a CXCL-10. [17] Pokud je přítomna nízká hladina iNOS, může to následně vést k aktivaci a proliferaci T buněk prostřednictvím cytokinů indukovaných chemokinů. Ačkoli je to z velké části pravda, exprese IL-6 indukovaného MSC pomohla podpořit diferenciaci na M2 (protizánětlivou) linii.

Nedávný výzkum vrhl světlo na nový koncept v oblasti posttraumatických a artritických kloubů. To je účinek, který může mít zánětlivé prostředí a reaktivní formy kyslíku na dysfunkci přirozené tkáně, zejména růstové faktory, jako je superrodina TGF-B spolu s BMP. V roce 2019 vyšetřovatelé zkoumali nativní dysfunkci MSC s dysfunkčním TGF-B pravděpodobně v důsledku katabolického prostředí při osteoartróze. Protein indukovaný TGF-B (TGF-Bi) byl pozorován jako růstový faktor exprimovaný v MSC nativních pro klouby a také kostní dřeň. Bylo zjištěno, že hraje dvě role v normální chondrogenní diferenciaci.

V jedné roli stimuluje proliferaci a diferenciaci, zatímco v jiné roli inhibuje mineralizaci a terminální diferenciaci chondrocytů. Předpokládá se, že TGF-Bi v BM-MSC pomáhá regulovat kondenzaci BM-MSC v rané fázi chondrogeneze přemosťováním mezi buňkami, kolageny a proteoglykany. Ve své studii výzkumníci dospěli k závěru, že toho bylo dosaženo modulací adhezních molekul ITGB1, ITGB5 a NCAD. Ve své studii byli výzkumníci schopni prokázat kontraintuitivní upregulaci TGF-Bi v kosti a kloubní chrupavce kloubů postižených OA, což vyvolalo otázku deregulace nativních růstových faktorů.

Výzkumníci předpokládali, že buď to může být důsledek pokusu TGF-Bi zvrátit kalcifikační změny vyskytující se v chondrocytech v oblastech kolene s těžkou artritídou, a zaznamenali jejich zvýšenou koncentraci v osteofytech a oblastech rozsáhlého poškození. Výzkumníci také navrhli dysregulaci genů rodiny TGF-B v rámci OA a zaznamenali regulační roli, kterou hraje TGF-Bi na kolagen X, marker hypertrofie chondrocytů. Objevují se také důkazy o mnoha výklencích MSC, které existují v kloubech, které pomáhají udržovat integritu chrupavky a pomáhají léčit mikrodefekty v poškozené chrupavce. Vyšetřovatelé mezi MSC zaznamenali, že TGF-Bi byl snížen v infrapatelárním tukovém polštáři a BM-MSC z kloubů OA a poznamenali, že zda účinnost BM-MSC při opravě lézí chrupavky in vivo vyžaduje další zkoumání.

Byla také studována role reaktivních forem kyslíku v dysregulaci nativní BMP v muskuloskeletálních podmínkách. Výzkumníci diskutovali o tom, jak nízké hladiny ROS jsou nutné k udržení nediferencovaných MSC a jak ROS (generované NOX-2 a NOX-4) a BMP hrají zásadní fyziologické role v chondrogenezi. V diskusi týkající se osteonekrózy a osteoartritidy badatelé poznamenávají, že nekrotické léze vedou ke zvýšené produkci volných kyslíkových radikálů (O-, H202) s následnou zvýšenou produkcí BMP-2, pozorovanou u nekrotických lézí a poškozené chrupavky u pacientů s OA. Zvýšené hladiny H2O2, produkované buď aktivací NOX nebo zánětem, indukují aktivaci NF-kB, která zvyšuje expresi BMP-2. BMP2 stimuluje syntézu proteoglykanů, indukuje vaskularizaci, podporuje endochondrální osteogenezi a má anabolické účinky na metabolismus a funkci chondrocytů a je považován za marker závažnosti OA. Dysregulace tohoto systému může vést k oxidativnímu stresu a buněčným dysfunkcím, které mohou přispívat k různým patologiím.

Také, když zvažujeme schopnost MSC podporovat tvorbu neochrupavky, zánět jistě hraje faktor týkající se jeho účinnosti. Zánětlivé faktory, jako je TNF-alfa, IL-1B a IL-6, brání schopnosti MSC podporovat chondrogenezi produkcí nadměrného množství volných radikálů. Byla také hodnocena role IL-1B v přispívání k zánětlivému mikroprostředí. Patří mezi ně degradace chrupavky, indukce Ik-B alfa fosforylace a následná jaderná translokace jaderného faktoru - kappa B (NF-kB), zvýšená produkce reaktivních forem kyslíku (ROS) (může také aktivovat NF-kB), zvýšená exprese ADAMTS- 4 (inhibuje genovou expresi agrekanu a COMP) a sníženou genovou expresi antioxidačních enzymů. Vyšetřovatelé diskutovali o tom, jak zvýšený oxidační stres produkovaný těmito zánětlivými cytokiny inhibuje syntézu makromolekul matrice chrupavky (tj. kolagen typu 2 a agrekan), podporuje degradaci kloubní chrupavky v artritických kloubech a inhibuje chondrogenezi nativních a implantovaných mezenchymálních kmenových buněk.

Nyní je známo, že PRP má různé vlivy na MSC v kombinaci s léčbou MSC, včetně zvýšené rychlosti proliferace chondrocytů, pomáhá podporovat chondrogenní diferenciaci, inhibici RUN X 2, zachycování NF-KB a ovlivňuje celkovou anabolickou změnu v mikroprostředí.

Nyní je známo, že mezangiální buňky hrají roli orchestrující prostřednictvím mechanismů souvisejících s parakrinem při expresi anabolických faktorů včetně exprese kolagenu typu 2, dobře zdokumentované protizánětlivé a imunomodulační role, stejně jako studií prokazujících nábor nativních progenitorových buněk oproti přímé diferenciaci. . To je podstatou toho, co transplantované MSC dělají, aby pomohly v procesu hojení. Jak již bylo zmíněno, u transplantovaných buněk existuje pouze 26% míra přežití a existuje významný tlak na nalezení bioinženýrských modalit, které pomohou podpořit přežití transplantovaných MSC. Mezi modality patří transplantace MSC s matricemi odvozenými od hyaluronanu.

Jak CD44, tak CD168 se podílejí na regulaci signalizace růstového faktoru. Implantace MSC do HA skafoldu může pomoci rozšířit komunikaci MSC v mikroprostředí kloubu. Výzkumníci také diskutují o dobře zdokumentovaných pleiotropních účincích HA včetně antiapoptotických, protizánětlivých, imunosupresivních, antifibrotických a chondroprotektivních účinků. Jak bylo uvedeno výše, u endogenní dysfunkce MSC v důsledku přítomnosti zánětlivé niky v osteoartritických kloubech existuje imunologická odpověď, která také přispívá k artritickému prostředí v kloubech. HA prokázala imunosupresivní vlastnosti a zaznamenala pokles hladin aktivovaných T buněk. Výhodou je také použití komerčně dostupné HA při normalizaci endogenní syntézy HA.

S navrhovaným protokolem ERIPTO existuje logický přístup k dosažení dlouhodobějších a klinicky relevantních výsledků.