Frühzeitige regenerative Intervention bei posttraumatischer Arthrose (ERIPTO)

Das Gebiet der regenerativen Medizin und der Orthobiologie hat das Interesse vieler Kliniker und Mitglieder der wissenschaftlichen Gemeinschaft geweckt. In den letzten 20 Jahren gab es ein großes Interesse und Wachstum auf diesem Gebiet, eine Scopus-Suche nach Muskel-Skelett- und Stammzellen führte zu über 3000 Dokumenten, von denen mehr als ein Drittel Rezensionen waren. Eine PubMed-Suche in den letzten 6 Jahren ergab 52 Publikationen in den letzten 5 Jahren.

Leider ist die Fragmentierung der regenerativen Medizin bei vielen Klinikern aufgetreten, die verallgemeinerte Protokolle verwenden, was zu wenig signifikanten klinischen Verbesserungen oder kurzfristigen Vorteilen führt, die oft mit der Zeit verblassen.

Es gibt noch viel Forschungsbedarf, um zu klären, wie die verschiedenen Komponenten der Regenerativen Medizin sowie die Pathophysiologie der Arthrose am besten genutzt werden können.

Die ERIPTO-Studie zielt darauf ab, ein vorgeschlagenes Protokoll zu untersuchen, das verschiedene Komponenten der regenerativen Medizin verwendet, darunter plättchenreiches Plasma (PRP), Hyaluronsäure (HA) und menschliches Knochenmarksaspiratkonzentrat (BMAC).

Bei der Trauma- und normalen Wundheilung ist Kollagen oft der anfängliche Aktivator von Blutplättchen mit der Entwicklung von Blutplättchen-Monoschichten über den exponierten Kollagenoberflächen, wie es in posttraumatischen Gelenken zu sehen ist. Dies steht einer sofortigen proteolytischen Spaltung von Blutplättchen durch Thrombin mit anschließender sofortiger Freisetzung gespeicherter Wachstumsfaktoren entgegen. Untersuchungen zur Genexpression in Gelenken nach mechanischer Verletzung des Gelenkknorpels wurden untersucht. In einem Modell mit Scherung und Impaktion fanden die Forscher eine Zunahme der Expression von Kollagen Typ 1 nach einem Trauma an der Gelenkoberfläche. Diese Kollagenexpression kann als Anker für perkutan injiziertes PRP in posttraumatischen Gelenken dienen, um die stetige Sekretion von Wachstumsfaktoren zu erleichtern.

Es ist bekannt, dass die durchschnittliche Lebensdauer einer Mesangialzelle nach der Einbringung in ein Gelenk etwa 30 Tage beträgt. Nur 26 % der transplantierten Zellen überleben im Gelenk. Dieser Zeitrahmen ist abhängig von der Bereitstellung einer angemessenen und gastfreundlichen Umgebung für die zu injizierende Zelle. In Anbetracht der katabolischen Mikroumgebung von Osteoarthritis ist es offensichtlich, dass ein arthritisches Gelenk oft ein molekulares Milieu beherbergt, das für transplantierte Mesangialzellen und native Zellen, einschließlich Chondrozyten, Typ-2-Kollagen, die extrazelluläre Matrix, Synovium, nicht geeignet oder vorteilhaft ist , sowie subchondrale Vorläuferzellen. Es kann auch die osteogene Differenzierung von nativem Knorpel fördern und zum Fortschreiten einer Gelenkerkrankung im Endstadium führen.

Die Forschung kommt auch in Bezug auf die entzündliche Nische in der Umwelt zum Zeitpunkt der Transplantation von Mesangialzellen ans Licht und kann einen Einfluss auf die von den mesenchymalen Stammzellen (MSCs) sezernierten trophischen Faktoren sowie die immunmodulatorischen Wirkungen haben, die sie besitzen. Toll-like-Rezeptorstimulation auf MSC-Polarisation spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung eines entzündungsfördernden oder entzündungshemmenden MSC. Im Milieu vorhandene entzündungsfördernde Faktoren wie Interferon (IFN) gamma oder IFN alpha können die Differenzierung entlang der entzündungsfördernden Linie der MSC beeinflussen und die nachfolgende Immunmodulation fördern, um die Differenzierung des M1 (pro-inflammatorischen) Makrophagen zu fördern, Aktivierung von CD8-T-Zellen sowie erhöhte Expression entzündungsfördernder Chemokine wie CCL2, CXCL-9 und CXCL-10. [17] Wenn ein niedriger iNOS-Spiegel vorhanden ist, kann dies anschließend zu einer T-Zell-Aktivierung und -Proliferation über Zytokin-induzierte Chemokine führen. Obwohl dies weitgehend zutrifft, trug die Expression von MSC-induziertem IL-6 dazu bei, die Differenzierung zur M2-Linie (entzündungshemmend) zu fördern.

Neuere Forschungen haben Licht auf ein neues Konzept bei posttraumatischen und arthritischen Gelenken geworfen. Dies ist die Wirkung, die die entzündliche Umgebung und reaktive Sauerstoffspezies auf die Dysfunktion des nativen Gewebes haben können, insbesondere auf Wachstumsfaktoren wie die TGF-B-Superfamilie zusammen mit BMP. Im Jahr 2019 untersuchten Forscher die native MSC-Dysfunktion mit dysfunktionalem TGF-B, möglicherweise als Folge des katabolen Milieus bei Osteoarthritis. TGF-B-induziertes Protein (TGF-Bi) wurde als Wachstumsfaktor angesehen, der in MSCs exprimiert wird, die sowohl in Gelenken als auch im Knochenmark vorkommen. Es wurde festgestellt, dass es bei der normalen chondrogenen Differenzierung zwei Rollen spielt.

In einer Rolle stimuliert es die Proliferation und Differenzierung, während es in einer anderen Rolle die Mineralisierung und die terminale Differenzierung von Chondrozyten hemmt. Es wird postuliert, dass TGF-Bi in BM-MSCs hilft, die Kondensation von BM-MSCs in der frühen Phase der Chondrogenese zu regulieren, indem es die Wirkung zwischen Zellen, Kollagenen und Proteoglykanen überbrückt. Die Forscher kamen in ihrer Studie zu dem Schluss, dass dies durch Modulation der Adhäsionsmoleküle ITGB1, ITGB5 und NCAD erreicht wurde. In ihrer Studie konnten die Forscher die kontraintuitive Hochregulierung von TGF-Bi im Knochen und Gelenkknorpel von Gelenken zeigen, die von OA betroffen sind, was die Frage nach der Deregulierung nativer Wachstumsfaktoren aufwirft.

Die Forscher postulierten, dass dies entweder das Ergebnis von TGF-Bi sein könnte, der versuchte, kalzifizierende Veränderungen umzukehren, die in Chondrozyten von schwer arthritischen Regionen des Knies auftreten, und stellten eine erhöhte Konzentration solcher Veränderungen innerhalb von Osteophyten und Bereichen mit ausgedehnten Schäden fest. Die Forscher schlugen auch eine Dysregulation der TGF-B-Genfamilie innerhalb von OA vor und bemerkten die regulatorische Rolle, die TGF-Bi bei Kollagen X spielt, einem Marker für Chondrozytenhypertrophie. Es kommen auch Hinweise auf mehrere MSC-Nischen ans Licht, die innerhalb von Gelenken existieren, die dazu beitragen, die Knorpelintegrität zu erhalten und Mikrodefekte in beschädigtem Knorpel zu heilen. Die Forscher stellten fest, dass unter den MSCs TGF-Bi im infrapatellaren Fettpolster und BM-MSCs von OA-Gelenken herunterreguliert waren, und stellten fest, dass die Wirksamkeit von BM-MSCs zur Reparatur von Knorpelläsionen in vivo weitere Untersuchungen rechtfertigt.

Die Rolle reaktiver Sauerstoffspezies bei der Dysregulation von nativem BMP bei Erkrankungen des Bewegungsapparates wurde ebenfalls untersucht. Die Forscher diskutierten, wie niedrige ROS-Spiegel erforderlich sind, um undifferenzierte MSCs aufrechtzuerhalten, und wie ROS (erzeugt durch NOX-2 und NOX-4) und BMP eine entscheidende physiologische Rolle bei der Chondrogenese spielen. In einer Diskussion über Osteonekrose und Osteoarthritis stellten die Forscher fest, dass nekrotische Läsionen zu einer erhöhten Produktion von freien Sauerstoffradikalen (O-, H2O2) mit anschließender erhöhter Produktion von BMP-2 führten, was bei nekrotischen Läsionen und geschädigtem Knorpel von OA-Patienten beobachtet wurde. Erhöhte H2O2-Spiegel, die entweder durch NOX-Aktivierung oder Entzündung erzeugt werden, induzieren die NF-kB-Aktivierung, die die Expression von BMP-2 verstärkt. BMP2 stimuliert die Proteoglykansynthese, induziert die Vaskularisierung, fördert die endochondrale Osteogenese und hat anabole Wirkungen auf den Chondrozytenstoffwechsel und die Funktion und gilt als Marker für den Schweregrad der OA. Eine Dysregulation dieses Systems kann zu oxidativem Stress und Zellfunktionsstörungen führen, die zu verschiedenen Pathologien beitragen können.

Auch wenn man die Fähigkeit von MSCs in Betracht zieht, die Bildung von Neoknorpeln zu fördern, spielt die Entzündung sicherlich einen Faktor hinsichtlich ihrer Wirksamkeit. Entzündungsfaktoren wie TNF-alpha, IL-1B und IL-6 behindern die Fähigkeit von MSCs, die Chondrogenese durch die Produktion übermäßiger freier Radikale zu fördern. Die Rolle von IL-1B beim Beitrag zu einer entzündlichen Mikroumgebung wurde ebenfalls bewertet. Dazu gehören Knorpelabbau, Induktion der Ik-B-Alpha-Phosphorylierung und anschließende Kerntranslokation des Nuklearfaktors – kappa B (NF-kB), erhöhte Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) (kann auch NF-kB aktivieren), erhöhte Expression von ADAMTS- 4 (hemmt die Genexpression von Aggrecan und COMP) und reduziert die Genexpression von antioxidativen Enzymen. Die Forscher diskutierten, wie erhöhter oxidativer Stress, der durch diese entzündlichen Zytokine erzeugt wird, die Synthese von Makromolekülen der Knorpelmatrix (d. h. Typ-2-Kollagen und Aggrecan), fördert den Abbau von Gelenkknorpel in arthritischen Gelenken und hemmt die Chondrogenese von nativen und implantierten mesenchymalen Stammzellen.

Es ist jetzt bekannt, dass PRP verschiedene Einflüsse auf MSCs hat, wenn es mit einer MSC-Behandlung kombiniert wird, einschließlich einer erhöhten Proliferationsrate von Chondrozyten, der Förderung der chondrogenen Differenzierung, der RUN X 2-Hemmung, des Einfangens von NF-KB und der Beeinflussung einer anabolen Gesamtveränderung in der Mikroumgebung.

Es ist jetzt bekannt, dass Mesangialzellen über parakrine Mechanismen bei der Expression anaboler Faktoren, einschließlich der Expression von Typ-2-Kollagen, eine gut dokumentierte entzündungshemmende und immunmodulatorische Rolle sowie Studien, die die Rekrutierung nativer Vorläuferzellen im Vergleich zur direkten Differenzierung zeigen, eine orchestrierende Rolle spielen . Dies ist das Herzstück dessen, was transplantierte MSCs tun, um den Heilungsprozess zu unterstützen. Wie bereits erwähnt, gibt es nur eine Überlebensrate von 26 % für transplantierte Zellen, und es gibt einen erheblichen Druck, biotechnologische Modalitäten zu finden, um das Überleben von transplantierten MSCs zu unterstützen. Zu den Modalitäten gehört die Transplantation von MSCs mit von Hyaluronan abgeleiteten Matrizen.

Sowohl CD44 als auch CD168 sind an der Regulation der Signalübertragung von Wachstumsfaktoren beteiligt. Die Implantation von MSC in ein HA-Gerüst kann dazu beitragen, die Kommunikation von MSCs innerhalb der gemeinsamen Mikroumgebung zu verbessern. Die Forscher diskutieren auch die gut dokumentierten pleiotropen Wirkungen von HA, einschließlich antiapoptotischer, entzündungshemmender, immunsuppressiver, antifibrotischer und chondroprotektiver Wirkungen. Wie oben erwähnt, gibt es bei einer endogenen MSC-Dysfunktion aufgrund des Vorhandenseins einer entzündlichen Nische in osteoarthritischen Gelenken eine immunologische Reaktion, die auch zum arthritischen Milieu in den Gelenken beiträgt. HA hat immunsuppressive Qualitäten gezeigt und eine Abnahme der Spiegel aktivierter T-Zellen beobachtet. Es gibt auch Vorteile bei der Verwendung von im Handel erhältlichem HA bei der Unterstützung der Normalisierung der endogenen HA-Synthese.

Mit dem vorgeschlagenen ERIPTO-Protokoll gibt es einen logischen Ansatz, um länger anhaltende und klinisch relevante Ergebnisse zu erzielen.