Tidlig regenerativ intervention for posttraumatisk slidgigt (ERIPTO)

Området for regenerativ medicin og ortobiologi har rejst interesserne hos mange klinikere og medlemmer af det videnskabelige samfund. I løbet af de sidste 20 år har der været en stor interesse og vækst på dette område, en Scopus-søgning efter muskuloskeletale og stamceller resulterede i over 3000 dokumenter, hvor mere end en tredjedel var anmeldelser. En PubMed-søgning i de seneste 6 år resulterede i 52 publikationer i de sidste 5 år.

Desværre er fragmenteringen af ​​regenerativ medicin sket med mange klinikere, der bruger generaliserede protokoller, hvilket resulterer i ringe signifikant klinisk forbedring eller kortsigtede fordele, der ofte falmer over tid.

Der er stadig en hel del forskning, der mangler at blive gjort for at belyse, hvordan man bedst kan udnytte de forskellige komponenter i regenerativ medicin samt patofysiologien ved slidgigt.

ERIPTO-undersøgelsen søger at studere en foreslået protokol, der anvender forskellige komponenter af regenerativ medicin, herunder blodpladerigt plasma (PRP), hyaluronsyre (HA) og humant knoglemarvsaspiratkoncentrat (BMAC).

Ved traumer og normal sårheling er kollagen ofte den indledende aktivator af blodplader med udvikling af blodplademonolag over de eksponerede kollagenoverflader, som det ses i posttraumatiske led. Dette er i modsætning til øjeblikkelig proteolytisk spaltning af blodplader med thrombin med efterfølgende øjeblikkelig frigivelse af lagrede vækstfaktorer. Undersøgelser af genekspression i led efter mekanisk beskadigelse af ledbrusk er blevet undersøgt. I en shear versus impaction model fandt efterforskere en stigning i ekspressionen af ​​kollagen type 1 efter traumer på den artikulære overflade. Denne ekspression af kollagen kan fungere som et anker for perkutant injiceret PRP i posttraumatiske led for at hjælpe med at lette en stabil sekretion af vækstfaktorer.

Det er kendt, at den gennemsnitlige levetid for en mesangial celle, når den først er afgivet i et led, er omkring 30 dage. Kun 26% af de transplanterede celler overlever i leddet. Denne tidsramme er betinget af at give et ordentligt og gæstfrit miljø for cellen, der skal sprøjtes ind i. I betragtning af det kataboliske mikromiljø af slidgigt er det tydeligt, at et arthritisk led mange gange rummer et molekylært miljø, der ikke er egnet eller gavnligt for transplanterede mesangiale celler og native celler, herunder chondrocytter, type 2 kollagen, den ekstracellulære matrix, synovium såvel som subkondrale progenitorceller. Det kan også fremme osteogen differentiering af naturlig brusk og føre til progression til slutstadiet af ledsygdom.

Forskning kommer også frem i lyset vedrørende den inflammatoriske niche, der er til stede i miljøet på det tidspunkt, hvor mesangiale celler transplanteres og kan have betydning for trofiske faktorer, der udskilles af de mesenkymale stamceller (MSC'er) samt de immunmodulerende virkninger, de har. Toll-lignende receptorstimulering på MSC-polarisering spiller en vigtig rolle i udviklingen af ​​en pro-inflammatorisk eller anti-inflammatorisk MSC. Pro-inflammatoriske faktorer, der er til stede i miljøet, såsom interferon (IFN) gamma eller IFN alfa, kan påvirke differentieringen ned ad den pro-inflammatoriske afstamning af MSC og hjælpe med at fremme efterfølgende immunmodulering for at fremme differentiering af M1 (pro-inflammatorisk) makrofag, aktivering af CD8 T-celler, samt øget ekspression af pro-inflammatoriske kemokiner såsom CCL2, CXCL-9 og CXCL-10. [17] Hvis et lavt niveau af iNOS er til stede, kan det efterfølgende føre til T-celleaktivering og proliferation via cytokin-inducerede kemokiner. Selvom dette stort set er sandt, hjalp ekspression af MSC-induceret IL-6 med at fremme differentieringen til M2 (anti-inflammatorisk) afstamning.

Nyere forskning har kastet lys over et nyt koncept inden for posttraumatiske og arthritiske led. Dette er den effekt, det inflammatoriske miljø og reaktive oxygenarter kan have på naturlig vævsdysfunktion, især vækstfaktorer såsom TGF-B-superfamilien sammen med BMP. I 2019 undersøgte efterforskere indfødt MSC-dysfunktion med dysfunktionel TGF-B, muligvis som følge af det kataboliske miljø i slidgigt. TGF-B-induceret protein (TGF-Bi) er blevet set som en vækstfaktor udtrykt i MSC'er native til led såvel som knoglemarv. Det har vist sig at spille to roller i normal chondrogen differentiering.

I én rolle stimulerer den proliferation og differentiering, mens den i en anden rolle hæmmer mineralisering og chondrocytterminal differentiering. Det postuleres, at TGF-Bi i BM-MSC'er hjælper med at regulere kondensering af BM-MSC'er i den tidlige fase af chondrogenese ved at bygge bro mellem celler, kollagener og proteoglycaner. I deres undersøgelse kom efterforskerne til den konklusion, at dette blev opnået ved modulering af adhæsionsmolekyler ITGB1, ITGB5 og NCAD. I deres undersøgelse var efterforskerne i stand til at påvise den kontraintuitive opregulering af TGF-Bi i knoglerne og ledbrusken i led, der er ramt af OA, hvilket giver anledning til spørgsmålet om deregulering af native vækstfaktorer.

Forskerne postulerede enten, at dette kunne være resultatet af TGF-Bi, der forsøgte at vende forkalkningsændringer, der forekommer i chondrocytter i alvorligt arthritiske områder af knæet, og bemærkede en øget koncentration af sådanne i osteofytter og områder med omfattende skader. Forskerne foreslog også en dysregulering af TGF-B-familien af ​​gener i OA og bemærkede den regulerende rolle, TGF-Bi spiller på kollagen X, en markør for chondrocythypertrofi. Beviser kommer også frem i lyset af flere MSC-nicher, som findes i leddene, der hjælper med at opretholde bruskintegritet og hjælper med at helbrede mikrodefekter i beskadiget brusk. Efterforskerne bemærkede blandt MSC'erne, at TGF-Bi var nedreguleret i den infrapatellære fedtpude og BM-MSC'er fra OA-led og bemærkede, at hvorvidt BM-MSC's effektivitet til at reparere brusklæsioner in vivo berettiger yderligere undersøgelse.

Rollen af ​​reaktive oxygenarter spiller i dysregulering af naturligt BMP inden for muskuloskeletale tilstande er også blevet undersøgt. Efterforskerne diskuterede, hvor lave niveauer af ROS der kræves for at opretholde udifferentierede MSC'er, og hvordan ROS (genereret af NOX-2 og NOX-4) og BMP spiller afgørende fysiologiske roller i chondrogenese. I en diskussion vedrørende osteonekrose og slidgigt bemærker forskerne, at nekrotiske læsioner fører til øget produktion af frit oxygenradikal (O-, H202) med efterfølgende øget produktion af BMP-2, set i nekrotiske læsioner og beskadiget brusk fra OA-patienter. Forøgede H2O2-niveauer, produceret af enten NOX-aktivering eller inflammation, inducerer NF-kB-aktivering, som øger ekspression af BMP-2. BMP2 stimulerer proteoglycansyntese, inducerer vaskularisering, fremmer endokondral osteogenese og har anabolske virkninger på chondrocytmetabolisme og funktion og betragtes som en markør for OA-alvorlighed. Dysregulering af dette system kan føre til oxidativt stress og celledysfunktion, som kan bidrage til forskellige patologier.

Når man overvejer MSCs evne til at fremme neocartilage-dannelse, spiller betændelse bestemt også en faktor med hensyn til dens effektivitet. Inflammatoriske faktorer såsom TNF-alfa, IL-1B og IL-6 hæmmer MSCs evne til at fremme chondrogenese ved produktion af overdreven frie radikaler. IL-1B's rolle i at bidrage til et inflammatorisk mikromiljø er også blevet evalueret. Disse omfatter brusknedbrydning, induktion af Ik-B alfa-phosphorylering og efterfølgende nuklear translokation af nuklear faktor - kappa B (NF-kB), øget produktion af reaktive oxygenarter (ROS) (kan også aktivere NF-kB), øget ekspression af ADAMTS- 4 (hæmmer genekspression af aggrecan og COMP) og reduceret genekspression af antioxidantenzymer. Forskerne diskuterede, hvordan forhøjet oxidativt stress produceret af disse inflammatoriske cytokiner hæmmer syntesen af ​​bruskmatrix-makromolekyler (dvs. type 2 kollagen og aggrecan), fremmer nedbrydningen af ​​ledbrusk i arthritiske led og hæmmer native og implanterede mesenkymale stamcellers chondrogenese.

Det er nu kendt, at PRP har forskellige påvirkninger på MSC'er, når det kombineres med MSC-behandling, herunder øget proliferationshastighed af chondrocytter, der hjælper med at fremme chondrogen differentiering, RUN X 2-hæmning, fangst af NF-KB og påvirker en overordnet anabolsk ændring i mikromiljøet.

Det er nu kendt, at mesangiale celler spiller en orkestrerende rolle via parakrine relaterede mekanismer i ekspressionen af ​​anabolske faktorer, herunder ekspression af type 2 kollagen, veldokumenteret antiinflammatorisk og immunmodulerende rolle, såvel som undersøgelser, der viser rekruttering af native progenitorceller versus direkte differentiering . Dette er kernen i, hvad transplanterede MSC'er gør for at hjælpe i helingsprocessen. Som tidligere nævnt er der kun en overlevelsesrate på 26 % for transplanterede celler, og der er et betydeligt skub for at finde bioingeniørmæssige modaliteter for at hjælpe med at understøtte overlevelsen af ​​transplanterede MSC'er. Blandt modaliteterne inkluderer transplantation af MSC'er med Hyaluronan-afledte matricer.

Både CD44 og CD168 er involveret i reguleringen af ​​vækstfaktorsignalering. Implantering af MSC i et HA-stillads kan hjælpe med at øge kommunikationen af ​​MSC'er i det fælles mikromiljø. Forskerne diskuterer også de veldokumenterede pleiotropiske virkninger af HA, herunder anti-apoptotisk, anti-inflammatorisk, immunsuppressiv, anti-fibrotisk og kondrobeskyttende virkning. Som nævnt ovenfor, med endogen MSC dysfunktion på grund af tilstedeværelsen af ​​en inflammatorisk niche i slidgigt leddene, er der en immunologisk respons, som også bidrager til det arthritiske miljø i leddene. HA har udvist immunsuppressive egenskaber og har set faldet i niveauerne af aktiverede T-celler. Der er også fordele ved at bruge kommercielt tilgængelig HA til at hjælpe med at normalisere endogen HA-syntese.

Med den foreslåede ERIPTO-protokol er der en logisk tilgang til at opnå mere længerevarende og klinisk relevante resultater.