Varhainen regeneratiivinen interventio posttraumaattiseen nivelrikkoon (ERIPTO)

Regeneratiivisen lääketieteen ja ortobiologian alat ovat herättäneet monien kliinikkojen ja tiedeyhteisön jäsenten kiinnostuksen kohteita. Viimeisten 20 vuoden aikana tällä alalla on ollut suurta kiinnostusta ja kasvua. Scopus-haku tuki- ja liikuntaelimistön ja kantasolujen osalta johti yli 3000 asiakirjaan, joista yli kolmannes on arvosteluja. PubMed-haku viimeisen 6 vuoden aikana johti 52 julkaisuun viimeisen 5 vuoden aikana.

Valitettavasti regeneratiivisen lääketieteen pirstoutuminen on tapahtunut, kun monet lääkärit ovat käyttäneet yleisiä protokollia, mikä on johtanut vain vähäiseen merkittävään kliiniseen paranemiseen tai lyhytaikaisiin hyötyihin, jotka usein häviävät ajan myötä.

Vielä on paljon tutkimusta, joka on tehtävä sen selvittämiseksi, kuinka regeneratiivisen lääketieteen eri komponentteja sekä nivelrikon patofysiologiaa voidaan parhaiten hyödyntää.

ERIPTO-tutkimuksessa pyritään tutkimaan ehdotettua protokollaa, jossa hyödynnetään regeneratiivisen lääketieteen eri komponentteja, mukaan lukien verihiutalerikas plasma (PRP), hyaluronihappo (HA) ja ihmisen luuytimen aspiraattikonsentraatti (BMAC).

Traumassa ja normaalissa haavan paranemisessa kollageeni on usein verihiutaleiden ensimmäinen aktivaattori, jolloin paljastuneiden kollageenipintojen päälle kehittyy verihiutaleiden yksikerroksisia kerroksia, kuten trauman jälkeisissä nivelissä näkyy. Tämä on vastoin trombiinin välitöntä proteolyyttistä verihiutaleiden pilkkoutumista ja sitä seuraavaa välitöntä varastoituneiden kasvutekijöiden vapautumista. Geenin ilmentymisen tutkimuksia nivelissä nivelruston mekaanisen vaurion jälkeen on tutkittu. Leikkaus vs. impressio -mallissa tutkijat havaitsivat kollageenin tyypin 1 ilmentymisen lisääntymisen nivelpinnan trauman jälkeen. Tämä kollageenin ilmentyminen voi toimia ankkurina ihon kautta injektoidulle PRP:lle trauman jälkeisissä nivelissä, mikä auttaa edistämään kasvutekijöiden tasaista erittymistä.

Tiedetään, että niveleen kuljetetun mesangiaalisolun keskimääräinen elinikä on noin 30 päivää. Vain 26 % siirretyistä soluista säilyy nivelessä. Tämä aikakehys riippuu asianmukaisen ja vieraanvaraisen ympäristön tarjoamisesta solulle, johon injektio tehdään. Ottaen huomioon nivelrikon katabolinen mikroympäristö on ilmeistä, että niveltulehduksessa on usein molekyylimiljöö, joka ei sovellu tai hyödytä siirretyille mesangiaalisoluille ja natiivisoluille, mukaan lukien kondrosyytit, tyypin 2 kollageeni, solunulkoinen matriisi, nivelkalvo sekä subkondraaliset progenitorisolut. Se voi myös edistää alkuperäisen ruston osteogeenista erilaistumista ja johtaa etenemiseen loppuvaiheen nivelsairauteen.

Tutkimukset ovat myös tulossa ilmi koskien ympäristössä mesangiaalisolujen siirron aikana esiintyvää tulehduksellista markkinarakoa, ja niillä voi olla merkitystä mesenkymaalisten kantasolujen (MSC) erittämien troofisten tekijöiden sekä niiden immunomodulatoristen vaikutusten suhteen. MSC-polarisaatiossa tapahtuvalla reseptoristimulaatiolla on tärkeä rooli tulehdusta edistävän tai anti-inflammatorisen MSC:n kehittymisessä. Ympäristössä esiintyvät tulehdusta edistävät tekijät, kuten interferoni (IFN) gamma tai IFN-alfa, voivat vaikuttaa erilaistumiseen MSC:n pro-inflammatorisessa linjassa ja auttaa edistämään myöhempää immuunimodulaatiota M1-makrofagin (inflammatorisen) erilaistumisen edistämiseksi. CD8 T-solujen aktivaatio sekä tulehdusta edistävien kemokiinien, kuten CCL2, CXCL-9 ja CXCL-10, lisääntynyt ilmentyminen. [17] Jos läsnä on alhainen iNOS-taso, se voi myöhemmin johtaa T-solujen aktivoitumiseen ja lisääntymiseen sytokiinien aiheuttamien kemokiinien kautta. Vaikka tämä on suurelta osin totta, MSC-indusoidun IL-6:n ilmentyminen auttoi edistämään erilaistumista M2-linjaksi (anti-inflammatoriseksi).

Viimeaikainen tutkimus on tuonut valoa uuteen käsitteeseen trauman jälkeisissä ja niveltulehduksissa. Tämä on vaikutus tulehdusympäristöllä ja reaktiivisilla happilajeilla natiivikudoksen toimintahäiriöihin, erityisesti kasvutekijöihin, kuten TGF-B-superperheeseen yhdessä BMP:n kanssa. Vuonna 2019 tutkijat tutkivat natiivia MSC:n toimintahäiriötä, jossa TGF-B:n toimintahäiriö oli mahdollisesti seurausta nivelrikon katabolisesta miljööstä. TGF-B:n indusoima proteiini (TGF-Bi) on nähty kasvutekijänä, joka ilmentyy nivelille ja luuytimelle luontaisissa MSC:issä. Sillä on havaittu olevan kaksi roolia normaalissa kondrogeenisessa erilaistumisessa.

Yhdessä roolissa se stimuloi proliferaatiota ja erilaistumista, kun taas toisessa roolissa se estää mineralisaatiota ja kondrosyyttien terminaalista erilaistumista. Oletetaan, että TGF-Bi BM-MSC:issä auttaa säätelemään BM-MSC:iden kondensaatiota kondrogeneesin varhaisessa vaiheessa yhdistämällä solujen, kollageenien ja proteoglykaanien välisen toiminnan. Tutkimuksessaan tutkijat tulivat siihen tulokseen, että tämä saavutettiin moduloimalla adheesiomolekyylejä ITGB1, ITGB5 ja NCAD. Tutkimuksessaan tutkijat pystyivät osoittamaan TGF-Bi:n vasta-intuitiivisen noususäätelyn OA:n vaivaamien nivelten luussa ja nivelrustossa, mikä herätti kysymyksen alkuperäisten kasvutekijöiden säätelyn purkamisesta.

Tutkijat olettivat, että joko tämä voisi johtua TGF-Bi:stä, joka yrittää kääntää kalkkimuutoksia, joita esiintyy polven vakavasti niveltulehduksellisten alueiden kondrosyyteissä, ja havaitsivat tällaisten lisääntyneen pitoisuuden osteofyyteissä ja laajoissa vaurioissa. Tutkijat ehdottivat myös TGF-B-geeniperheen säätelyhäiriötä OA:ssa ja panivat merkille TGF-Bi:n säätelevän roolin kollageeni X:ssä, kondrosyyttihypertrofian merkkiaineessa. Todisteita on myös tulossa esiin useista nivelissä olevista MSC-raoista, jotka auttavat ylläpitämään ruston eheyttä ja parantamaan vaurioituneen ruston mikrovikoja. Tutkijat panivat merkille MSC:iden joukossa TGF-Bi:n säätelyn alaspäin infrapatellarisessa rasvatyynyssä ja BM-MSC:issä OA-nivelistä, ja totesivat, että onko BM-MSC:iden tehokkuus rustovaurioiden korjaamisessa in vivo aihetta lisätutkimuksia.

Reaktiivisten happilajien roolia natiivin BMP:n säätelyhäiriöissä tuki- ja liikuntaelinten sairauksissa on myös tutkittu. Tutkijat keskustelivat siitä, kuinka alhaisia ​​ROS-tasoja tarvitaan erilaistumattomien MSC:iden ylläpitämiseen ja kuinka ROS:lla (NOX-2:n ja NOX-4:n tuottama) ja BMP:llä on ratkaiseva fysiologinen rooli kondrogeneesissä. Osteonekroosia ja nivelrikkoa koskevassa keskustelussa tutkijat huomauttavat, että nekroottiset leesiot johtavat vapaan happiradikaalin (O-, H202) lisääntyneeseen tuotantoon, minkä seurauksena BMP-2:n tuotanto lisääntyy, mitä havaitaan OA-potilaiden nekroottisissa leesioissa ja vaurioituneessa rustossa. NOX-aktivaation tai tulehduksen aiheuttamat kohonneet H2O2-tasot indusoivat NF-kB-aktivaatiota, mikä tehostaa BMP-2:n ilmentymistä. BMP2 stimuloi proteoglykaanisynteesiä, indusoi vaskularisaatiota, edistää endokondraalista osteogeneesiä ja sillä on anabolisia vaikutuksia kondrosyyttien aineenvaihduntaan ja toimintaan, ja sitä pidetään OA:n vaikeusasteen merkkinä. Tämän järjestelmän säätelyhäiriöt voivat johtaa oksidatiiviseen stressiin ja solujen toimintahäiriöihin, jotka voivat myötävaikuttaa erilaisiin patologioihin.

Lisäksi, kun tarkastellaan MSC:iden kykyä edistää neoruston muodostumista, tulehduksella on varmasti tekijä sen tehokkuuden suhteen. Tulehdustekijät, kuten TNF-alfa, IL-1B ja IL-6, estävät MSC:iden kykyä edistää kondrogeneesiä tuottamalla liiallisia vapaita radikaaleja. IL-1B:n roolia tulehduksellisen mikroympäristön edistämisessä on myös arvioitu. Näitä ovat ruston hajoaminen, Ik-B-alfa-fosforylaation induktio ja sitä seuraava ydintekijän - kappa B (NF-kB) - translokaatio tumaan, lisääntynyt reaktiivisten happilajien (ROS) tuotanto (voi myös aktivoida NF-kB:n), lisääntynyt ADAMTS-ekspressio. 4 (estää aggrekaanin ja COMP:n geeniekspressiota) ja vähentää antioksidanttientsyymien geenin ilmentymistä. Tutkijat keskustelivat siitä, kuinka näiden tulehduksellisten sytokiinien tuottama kohonnut oksidatiivinen stressi estää ruston matriisin makromolekyylien synteesiä (ts. tyypin 2 kollageeni ja aggrekaani), edistää nivelruston hajoamista niveltulehduksissa ja estää natiivia ja implantoitua mesenkymaalisten kantasolujen kondrogeneesiä.

Nyt tiedetään, että PRP:llä on erilaisia ​​​​vaikutuksia MSC:ihin yhdistettynä MSC-hoitoon, mukaan lukien kondrosyyttien lisääntynyt proliferaationopeus, joka auttaa edistämään kondrogeenista erilaistumista, RUN X 2:n estoa, NF-KB:n vangitsemista ja vaikuttamaan yleiseen anaboliseen muutokseen mikroympäristössä.

Nyt tiedetään, että mesangiaalisolut näyttelevät organisoivaa roolia parakriineihin liittyvien mekanismien kautta anabolisten tekijöiden ilmentymisessä, mukaan lukien tyypin 2 kollageenin ilmentyminen, hyvin dokumentoitu anti-inflammatorinen ja immunomodulatorinen rooli sekä tutkimukset, jotka osoittavat natiivien kantasolujen rekrytoitumista suoraan erilaistumista vastaan. . Tämä on keskeistä sille, mitä siirretyt MSC:t tekevät auttaakseen paranemisprosessia. Kuten aiemmin mainittiin, siirrettyjen solujen eloonjäämisaste on vain 26 %, ja on merkittävää pyrkimystä löytää biotekniikan menetelmiä, jotka auttavat tukemaan siirrettyjen MSC:iden selviytymistä. Modaliteettien joukossa ovat MSC:iden siirtäminen hyaluronaanista johdetuilla matriiseilla.

Sekä CD44 että CD168 osallistuvat kasvutekijäsignaloinnin säätelyyn. MSC:n istuttaminen HA-telineeseen voi auttaa lisäämään MSC:iden kommunikaatiota yhteisen mikroympäristön sisällä. Tutkijat keskustelevat myös HA:n hyvin dokumentoiduista pleiotrooppisista vaikutuksista, mukaan lukien anti-apoptoottiset, anti-inflammatoriset, immunosuppressiiviset, antifibroottiset ja kondroprotektiiviset vaikutukset. Kuten edellä mainittiin, endogeenisen MSC:n toimintahäiriöllä, joka johtuu nivelrikkoisten nivelten tulehduksellisesta markkinaraosta, on olemassa immunologinen vaste, joka myös edistää niveltulehduksen ilmapiiriä. HA:lla on osoitettu olevan immunosuppressiivisia ominaisuuksia ja aktivoituneiden T-solujen määrä on laskenut. On myös hyötyä kaupallisesti saatavan HA:n hyödyntämisestä endogeenisen HA-synteesin normalisoinnissa.

Ehdotetulla ERIPTO-protokollalla on looginen lähestymistapa pidempään kestävämpien ja kliinisesti merkityksellisten tulosten saavuttamiseen.