Meccanismi cellulari coinvolti nella patologia muscolare

La lesione da stiramento muscolare scheletrico è una delle lesioni sportive più comuni, che è causata da un eccessivo sforzo di trazione del muscolo e colpisce la regione in cui i fasci muscolari si inseriscono nel tessuto connettivo (aponeurosi). Non si tratta quindi di una lesione che colpisce esclusivamente il muscolo scheletrico, ma l'interfaccia muscolo-scheletrico-aponeurosi. Avere subito una lesione da stiramento aumenta sostanzialmente il rischio di una nuova lesione, modifica la biomeccanica del muscolo coinvolto e porta a un'aponeurosi significativamente allargata. Recentemente, i ricercatori hanno scoperto l'accumulo di grasso ectopico nello spazio intrafascicolare e all'interno delle miofibrille. L'accumulo di grasso ectopico nel muscolo scheletrico è uno stato degenerativo ed è stato descritto principalmente per le lesioni della cuffia dei rotatori in cui è associato a peggiori punteggi funzionali della spalla. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno osservato un'elevata cellularità nell'aponeurosi muscolare patologica a seguito di lesioni da sforzo, ma non è noto quali tipi di cellule siano queste cellule. Sembra quindi probabile che almeno alcune delle cellule siano progenitrici fibro/adipogeniche (FAP), che contribuiscono all'accumulo di grasso nei muscoli sottoposti a lesioni muscolari e che l'accumulo di grasso potrebbe essere un fattore che contribuisce all'elevato rischio di lesioni ricorrenti, nonché altri problemi medici come il dolore e la ridotta funzionalità spesso descritti molto tempo dopo una lesione da sforzo.

Un'altra lesione comune della parte inferiore della gamba è la rottura completa del tendine d'Achille. Dati recenti mostrano che i pazienti hanno menomazioni a lungo termine nella gamba ferita rispetto al lato sano. Anche dopo rotture complete del tendine di Achille, è stata segnalata degenerazione grassa dei muscoli del polpaccio, che è stata collegata a scarsi risultati per il paziente. Recentemente, i ricercatori hanno osservato l'infiltrazione grassa dei muscoli del polpaccio nei pazienti a seguito della rottura del tendine di Achille, che potrebbe portare a una diminuzione della funzione muscolare e quindi a un esito sfavorevole per il paziente.

Nonostante l'elevata prevalenza di lesioni da sforzo muscolare, si sa molto poco sui meccanismi cellulari che seguono una lesione da sforzo. Inoltre, la letteratura sulla composizione cellulare e sulle alterazioni conseguenti a rotture del tendine d'Achille è scarsa. Un decennio fa, un gruppo di cellule denominate progenitrici fibro/adipogeniche (FAP) è stato identificato nello spazio interstiziale del muscolo scheletrico in base alla presenza dell'antigene delle cellule staminali 1+, CD34+, recettore del fattore di crescita derivato dalle piastrine α (PDGFR α)+ . A parte la loro attività di supporto nella rigenerazione muscolare, le FAP hanno il potenziale per adottare un fenotipo adipogenico o profibrotico. Nonostante l'elevata incidenza, non è stato studiato se la lesione traumatica e i successivi cambiamenti biomeccanici nel muscolo scheletrico e nel tessuto connettivo associato a seguito di lesioni da sforzo o rottura del tendine di Achille attivino le FAP e come queste cellule contribuiscano all'accumulo di grasso nel muscolo scheletrico .

Ipotesi:

1. C'è un'elevata quantità di progenitori fibro-adipogenici (FAP) con un pattern adipogenico nel muscolo scheletrico patologico a seguito di una lesione da stiramento muscolare e di una rottura completa del tendine d'Achille. Gli investigatori ipotizzano che ci sia un numero maggiore di FAP con una firma adipogenica già nella fase acuta dopo una lesione da sforzo, ma un numero significativamente più alto nella fase cronica così come nel muscolo dopo una rottura del tendine di Achille.
2. I segnali meccanici sono uno dei principali motori della deriva fenotipica delle FAP. La mancanza di stimoli meccanici avvia l'adozione di un percorso adipogenico nelle FAP naïve, mentre le FAP naïve esposte a stimoli meccanici manterranno il loro fenotipo indifferenziato.
3. L'adesione delle FAP a un materiale morbido attiverà l'adozione di un fenotipo adipogenico, mentre un materiale rigido favorirà un fenotipo più fibrotico nelle FAP naïve isolate dal muscolo scheletrico sano.

Per verificarlo, gli investigatori preleveranno piccoli campioni di tessuto dall'area lesa nella fase acuta (gruppo di soggetti A) o nella fase cronica (gruppo di soggetti B) dopo una lesione da sforzo, nonché dal tessuto muscolare di individui che hanno avuto un rottura completa del tendine di Achille almeno un anno prima dell'inclusione (gruppo di soggetti C). In tutti e tre i gruppi, gli investigatori preleveranno anche un piccolo campione di tessuto dallo stesso muscolo di quello infortunato sul lato sano. Inoltre, viene prelevata una biopsia muscolare più grande dal muscolo vasto laterale sano controlaterale per confrontare la composizione cellulare e il profilo cellulare tra l'aponeurosi muscolare scheletrica patologica e un muscolo scheletrico sano.

Per testare l'importanza degli stimoli meccanici, le cellule muscolari isolate saranno selezionate con Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) e successivamente coltivate in vitro. Gli investigatori si concentrano in particolare sulla cultura sotto tensione statica e dinamica e nello stato detensionato.

Un livello alfa di 0,05 sarà considerato significativo. Sulla base dei dati precedenti, verranno reclutati 10 partecipanti per ciascun gruppo, consentendo agli investigatori di rilevare un raddoppio stimato delle FAP nei muscoli feriti (esito primario). L'analisi di potenza per l'outcome primario ha prodotto n=4 per ciascun gruppo (α=0,05, b=0,80, CV=72,4%), che i ricercatori considerano clinicamente rilevante. Gli investigatori prevedono di includere 10 partecipanti in ciascun gruppo per disporre di materiale bioptico sufficiente da 5 individui per il sequenziamento dell'RNA a nucleo singolo e 5 biopsie per lo smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza e i successivi studi in vitro.