Intervento rigenerativo precoce per l'artrosi post-traumatica (ERIPTO)

Il campo della medicina rigenerativa e dell'ortobiologia ha suscitato l'interesse di molti clinici e membri della comunità scientifica. Negli ultimi 20 anni c'è stato un grande interesse e una crescita in questo campo, una ricerca di Scopus sulle cellule muscoloscheletriche e staminali ha portato a oltre 3000 documenti, di cui più di un terzo sono revisioni. Una ricerca su PubMed negli ultimi 6 anni ha prodotto 52 pubblicazioni negli ultimi 5 anni.

Sfortunatamente, la frammentazione della medicina rigenerativa si è verificata con molti medici che utilizzano protocolli generalizzati con conseguenti miglioramenti clinici poco significativi o benefici a breve termine che spesso svaniscono nel tempo.

C'è ancora molta ricerca da fare per chiarire come utilizzare al meglio i vari componenti della medicina rigenerativa e la fisiopatologia dell'osteoartrosi.

Lo studio ERIPTO cerca di studiare un protocollo proposto utilizzando vari componenti della medicina rigenerativa tra cui il plasma ricco di piastrine (PRP), l'acido ialuronico (HA) e il concentrato di aspirato di midollo osseo umano (BMAC).

Nel trauma e nella normale guarigione delle ferite, il collagene è spesso l'attivatore iniziale delle piastrine con lo sviluppo di monostrati piastrinici sulle superfici di collagene esposte, come si vede nelle articolazioni post-traumatiche. Ciò si oppone all'immediata scissione proteolitica delle piastrine da parte della trombina con successivo rilascio immediato dei fattori di crescita immagazzinati. Sono state studiate le indagini sull'espressione genica all'interno delle articolazioni a seguito di lesioni meccaniche alla cartilagine articolare. In un modello di taglio contro impatto, i ricercatori hanno riscontrato un aumento dell'espressione del collagene di tipo 1 in seguito a un trauma alla superficie articolare. Questa espressione di collagene può fungere da ancoraggio per il PRP iniettato per via percutanea nelle articolazioni post-traumatiche per aiutare a facilitare la secrezione costante dei fattori di crescita.

È noto che la durata media della vita di una cellula mesangiale una volta inserita in un'articolazione è di circa 30 giorni. Solo il 26% delle cellule trapiantate sopravvive all'interno dell'articolazione. Questo lasso di tempo è subordinato alla fornitura di un ambiente adeguato e ospitale in cui la cellula deve essere iniettata. In considerazione del microambiente catabolico dell'osteoartrosi è evidente che un'articolazione artritica, molte volte, ospita un ambiente molecolare che non è adatto o benefico per le cellule mesangiali trapiantate e le cellule native inclusi i condrociti, il collagene di tipo 2, la matrice extracellulare, la sinovia , così come le cellule progenitrici subcondrali. Può anche promuovere la differenziazione osteogenica della cartilagine nativa e portare alla progressione verso la malattia articolare allo stadio terminale.

La ricerca sta inoltre venendo alla luce sulla nicchia infiammatoria presente nell'ambiente al momento del trapianto delle cellule mesangiali e può avere un impatto sui fattori trofici secreti dalle cellule staminali mesenchimali (MSC) e sugli effetti immunomodulatori che possiedono. La stimolazione del recettore Toll sulla polarizzazione delle MSC svolge un ruolo importante nello sviluppo di una MSC pro-infiammatoria o antinfiammatoria. I fattori pro-infiammatori presenti nell'ambiente come l'interferone (IFN) gamma o l'IFN alfa possono influenzare la differenziazione lungo il lignaggio pro-infiammatorio delle MSC e contribuire a promuovere la successiva modulazione immunitaria per promuovere la differenziazione del macrofago M1 (pro-infiammatorio), attivazione delle cellule T CD8, nonché una maggiore espressione di chemochine pro-infiammatorie come CCL2, CXCL-9 e CXCL-10. [17] Se è presente un basso livello di iNOS che può successivamente portare all'attivazione e alla proliferazione delle cellule T tramite chemochine indotte da citochine. Sebbene ciò sia in gran parte vero, l'espressione di IL-6 indotta da MSC ha contribuito a promuovere la differenziazione al lignaggio M2 (anti-infiammatorio).

Recenti ricerche hanno fatto luce su un nuovo concetto nell'ambito delle articolazioni post-traumatiche e artritiche. Questo è l'effetto che l'ambiente infiammatorio e le specie reattive dell'ossigeno possono avere sulla disfunzione tissutale nativa, in particolare fattori di crescita come la superfamiglia TGF-B insieme a BMP. Nel 2019 i ricercatori hanno studiato la disfunzione MSC nativa con TGF-B disfunzionale, probabilmente a causa dell'ambiente catabolico nell'osteoartrite. La proteina indotta da TGF-B (TGF-Bi) è stata vista come un fattore di crescita espresso nelle MSC native delle articolazioni e del midollo osseo. È stato scoperto che svolge due ruoli nella normale differenziazione condrogenica.

In un ruolo stimola la proliferazione e la differenziazione mentre in un altro ruolo inibisce la mineralizzazione e la differenziazione terminale dei condrociti. Si ipotizza che il TGF-Bi nelle BM-MSC aiuti a regolare la condensazione delle BM-MSC nella fase iniziale della condrogenesi collegando l'azione tra cellule, collageni e proteoglicani. Nel loro studio i ricercatori sono giunti alla conclusione che ciò è stato ottenuto mediante la modulazione delle molecole di adesione ITGB1, ITGB5 e NCAD. Nel loro studio i ricercatori sono stati in grado di dimostrare la sovraregolazione controintuitiva del TGF-Bi all'interno dell'osso e della cartilagine articolare delle articolazioni affette da OA, dando origine alla questione della deregolazione dei fattori di crescita nativi.

I ricercatori hanno ipotizzato che questo potrebbe essere il risultato del tentativo di TGF-Bi di invertire i cambiamenti calcifici che si verificano nei condrociti delle regioni gravemente artritiche del ginocchio e hanno notato un aumento della concentrazione di tale all'interno degli osteofiti e delle aree di danno esteso. I ricercatori hanno anche suggerito una disregolazione della famiglia di geni del TGF-B all'interno dell'OA e hanno notato il ruolo regolatorio che il TGF-Bi svolge sul collagene X, un marker dell'ipertrofia dei condrociti. Stanno anche venendo alla luce prove di più nicchie MSC che esistono all'interno delle articolazioni che aiutano a mantenere l'integrità della cartilagine e aiutano a guarire i microdifetti all'interno della cartilagine danneggiata. I ricercatori hanno notato che tra le MSC, il TGF-Bi era sottoregolato all'interno del cuscinetto adiposo infrapatellare e le BM-MSC delle articolazioni OA e hanno notato che se l'efficienza delle BM-MSC nel riparare le lesioni della cartilagine in vivo richiede ulteriori indagini.

È stato anche studiato il ruolo delle specie reattive dell'ossigeno nella disregolazione del BMP nativo all'interno delle condizioni muscoloscheletriche. I ricercatori hanno discusso di come siano necessari bassi livelli di ROS per mantenere MSC indifferenziate e di come i ROS (generati da NOX-2 e NOX-4) e BMP svolgano ruoli fisiologici cruciali nella condrogenesi. In una discussione riguardante l'osteonecrosi e l'osteoartrosi, i ricercatori hanno notato che le lesioni necrotiche portano all'aumento della produzione di radicali liberi dell'ossigeno (O-, H202) con conseguente aumento della produzione di BMP-2, osservato nelle lesioni necrotiche e nella cartilagine danneggiata dei pazienti con OA. Livelli aumentati di H2O2, prodotti dall'attivazione di NOX o dall'infiammazione, inducono l'attivazione di NF-kB che migliora l'espressione di BMP-2. BMP2 stimola la sintesi dei proteoglicani, induce la vascolarizzazione, promuove l'osteogenesi endocondrale e ha effetti anabolici sul metabolismo e sulla funzione dei condrociti ed è considerato un marker per la gravità dell'OA. La disregolazione di questo sistema può portare a stress ossidativo e disfunzione cellulare che possono contribuire a varie patologie.

Inoltre, quando si considera la capacità delle MSC di promuovere la formazione di neocartilagine, l'infiammazione gioca certamente un fattore per quanto riguarda la sua efficacia. Fattori infiammatori come TNF-alfa, IL-1B e IL-6 ostacolano la capacità delle MSC di promuovere la condrogenesi mediante la produzione eccessiva di radicali liberi. È stato anche valutato il ruolo dell'IL-1B nel contribuire a un microambiente infiammatorio. Questi includono degradazione della cartilagine, induzione della fosforilazione alfa di Ik-B e successiva traslocazione nucleare del fattore nucleare - kappa B (NF-kB), aumento della produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) (può anche attivare NF-kB), aumento dell'espressione di ADAMTS- 4 (inibisce l'espressione genica di aggrecan e COMP) e ridotta espressione genica di enzimi antiossidanti. I ricercatori hanno discusso di come l'elevato stress ossidativo prodotto da queste citochine infiammatorie inibisca la sintesi delle macromolecole della matrice cartilaginea (es. collagene di tipo 2 e aggrecano), promuove la degradazione della cartilagine articolare nelle articolazioni artritiche e inibisce la condrogenesi delle cellule staminali mesenchimali native e impiantate.

È ormai noto che il PRP ha varie influenze sulle MSC quando combinato con il trattamento con MSC, incluso un aumento del tasso di proliferazione dei condrociti, contribuendo a promuovere la differenziazione condrogenica, l'inibizione di RUN X 2, l'intrappolamento di NF-KB e influenzando un cambiamento anabolico generale nel microambiente.

È ormai noto che le cellule mesangiali svolgono un ruolo di orchestrazione tramite meccanismi paracrini correlati nell'espressione di fattori anabolici tra cui l'espressione del collagene di tipo 2, un ruolo antinfiammatorio e immunomodulatore ben documentato, nonché studi che dimostrano il reclutamento di cellule progenitrici native rispetto alla differenziazione diretta . Questo è al centro di ciò che fanno le MSC trapiantate per aiutare nel processo di guarigione. Come accennato in precedenza, esiste solo un tasso di sopravvivenza del 26% per le cellule trapiantate e vi è una spinta significativa per trovare modalità di bioingegneria per aiutare a sostenere la sopravvivenza delle MSC trapiantate. Tra le modalità vi è il trapianto di MSC con matrici derivate da acido ialuronico.

Sia CD44 che CD168 sono coinvolti nella regolazione della segnalazione del fattore di crescita. L'impianto di MSC all'interno di un'impalcatura HA può aiutare ad aumentare la comunicazione di MSC all'interno del microambiente articolare. I ricercatori discutono anche degli effetti pleiotropici ben documentati dell'HA, inclusi gli effetti anti-apoptotici, antinfiammatori, immunosoppressivi, anti-fibrotici e condroprotettivi. Come accennato in precedenza, con la disfunzione endogena delle MSC dovuta alla presenza di una nicchia infiammatoria all'interno delle articolazioni osteoartritiche, esiste una risposta immunologica che contribuisce anche all'ambiente artritico all'interno delle articolazioni. HA ha dimostrato qualità immunosoppressive e ha visto la diminuzione dei livelli di cellule T attivate. C'è anche un vantaggio nell'utilizzare l'HA disponibile in commercio per aiutare a normalizzare la sintesi endogena di HA.

Con il protocollo ERIPTO proposto esiste un approccio logico per ottenere risultati più duraturi e clinicamente rilevanti.