外傷後変形性関節症に対する早期再生介入 (ERIPTO)

再生医療とオーソバイオロジクスの分野は、多くの臨床医や科学界のメンバーの関心を集めています。 過去 20 年間、この分野への大きな関心と成長が見られました。Scopus で筋骨格細胞と幹細胞を検索した結果、3000 以上のドキュメントが見つかり、3 分の 1 以上がレビューでした。 過去 6 年間の PubMed 検索では、過去 5 年間で 52 の出版物が見つかりました。

残念なことに、多くの臨床医が一般化されたプロトコルを使用して再生医療の断片化が発生しており、その結果、重要な臨床的改善がほとんどないか、時間の経過とともにしばしば薄れてしまう短期的な利点があります。

変形性関節症の病態生理だけでなく、再生医療のさまざまなコンポーネントを最大限に活用する方法を解明するために、まだ多くの研究を行う必要があります。

ERIPTO 研究は、多血小板血漿 (PRP)、ヒアルロン酸 (HA)、およびヒト骨髄吸引濃縮物 (BMAC) を含む再生医療のさまざまなコンポーネントを利用する提案されたプロトコルの研究を目指しています。

外傷および正常な創傷治癒において、コラーゲンは、外傷後の関節に見られるように、露出したコラーゲン表面上に血小板単層の発達を伴う血小板の初期活性化因子であることが多い. これは、トロンビンによる血小板の即時のタンパク質分解切断とそれに続く貯蔵された成長因子の即時の放出とは対照的です。 関節軟骨への機械的損傷後の関節内での遺伝子発現の調査が研究されています。 せん断対衝突モデルでは、研究者は、関節面への外傷後のコラーゲン 1 型の発現の増加を発見しました。 このコラーゲンの発現は、外傷後の関節に経皮的に注入された PRP のアンカーとして作用し、成長因子の安定した分泌を促進するのに役立つ可能性があります。

関節に到達したメサンギウム細胞の平均寿命は約30日であることが知られています。 移植された細胞のうち、関節内で生き残るのはわずか 26% です。 この時間枠は、細胞が注入されるための適切で快適な環境を提供することを条件としています。 変形性関節症の異化微小環境を考慮すると、関節炎の関節は、多くの場合、移植されたメサンギウム細胞および軟骨細胞、2型コラーゲン、細胞外マトリックス、滑膜を含む天然細胞に適していない、または有益ではない分子環境を抱えていることが明らかです。 、および軟骨下前駆細胞。 また、天然の軟骨の骨形成分化を促進し、末期の関節疾患への進行につながる可能性もあります。

メサンギウム細胞が移植され、間葉系幹細胞 (MSC) によって分泌される栄養因子とそれらが持つ免疫調節効果に関して関係を保持できる、環境に存在する炎症性ニッチに関する研究も明らかになりつつあります。 MSC 分極に対する Toll 様受容体刺激は、炎症誘発性または抗炎症性 MSC の発生に重要な役割を果たします。 インターフェロン (IFN) ガンマや IFN アルファなどの環境に存在する炎症誘発性因子は、MSC の炎症誘発性系統への分化に影響を与え、その後の免疫調節を促進して M1 (炎症誘発性) マクロファージの分化を促進するのに役立ちます。 CD8 T 細胞の活性化、および CCL2、CXCL-9、CXCL-10 などの炎症誘発性ケモカインの発現増加。 [17] 低レベルの iNOS が存在する場合、その後サイトカイン誘導性ケモカインを介して T 細胞の活性化と増殖を引き起こす可能性があります。 これはおおむね真実ですが、MSC 誘導 IL-6 の発現は、M2 (抗炎症性) 系統への分化を促進するのに役立ちました。

最近の研究は、心的外傷後および関節炎の関節内の新しい概念に光を当てています。 これは、炎症環境と活性酸素種が本来の組織の機能不全、特に BMP とともに TGF-B スーパーファミリーなどの成長因子に及ぼす影響です。 2019年、研究者は、おそらく変形性関節症における異化環境の結果として、機能不全のTGF-Bを伴うネイティブMSC機能不全を研究しました. TGF-B 誘導タンパク質 (TGF-Bi) は、骨髄だけでなく関節にも本来備わっている MSC で発現する成長因子として見られています。 正常な軟骨形成分化において 2 つの役割を果たすことがわかっています。

ある役割では増殖と分化を刺激し、別の役割では石灰化と軟骨細胞の最終分化を阻害します。 BM-MSC の TGF-Bi は、細胞、コラーゲン、およびプロテオグリカン間の架橋作用により、軟骨形成の初期段階で BM-MSC の凝縮を調節するのに役立つと仮定されています。 彼らの研究では、研究者は、これが接着分子 ITGB1、ITGB5、および NCAD の調節によって達成されたという結論に達しました。 彼らの研究では、研究者は、直観に反して、OAに苦しむ関節の骨および関節軟骨内のTGF-Biのアップレギュレーションを実証することができ、天然の成長因子の調節解除の問題が生じました.

研究者らは、これは膝の重度の関節炎領域の軟骨細胞で発生する石灰化変化を逆転させようとするTGF-Biの結果である可能性があると仮定し、骨棘および広範な損傷領域内のそのような濃度の増加に注目しました. 研究者らはまた、OA内の遺伝子のTGF-Bファミリーの調節不全を示唆し、TGF-Biが軟骨細胞肥大のマーカーであるコラーゲンXに対して果たす調節的役割に注目した. 軟骨の完全性を維持し、損傷した軟骨内の微小欠陥の治癒を助ける、関節内に存在する複数の MSC ニッチの証拠も明らかになりつつあります。 研究者らは、MSC の中で、TGF-Bi が膝蓋下脂肪体および OA 関節の BM-MSC 内でダウンレギュレートされていることを指摘し、in vivo で軟骨病変を修復する BM-MSC の効率がさらなる調査を必要とするかどうかを指摘しました。

筋骨格条件内のネイティブ BMP の調節不全における活性酸素種の役割も研究されています。 研究者らは、未分化な MSC を維持するために低レベルの ROS が必要であること、および ROS (NOX-2 および NOX-4 によって生成される) と BMP が軟骨形成においてどのように重要な生理学的役割を果たすかについて議論しました。 骨壊死と変形性関節症に関する議論の中で、研究者らは、壊死病変が遊離酸素ラジカル (O-、H2O2) の産生の増加につながり、その後 BMP-2 の産生が増加し、壊死病変と OA 患者の軟骨の損傷に見られることに注目しています。 NOX 活性化または炎症のいずれかによって生成される H2O2 レベルの増加は、BMP-2 の発現を増強する NF-kB 活性化を誘導します。 BMP2 は、プロテオグリカン合成を刺激し、血管新生を誘導し、軟骨内骨形成を促進し、軟骨細胞の代謝と機能に同化効果をもたらし、OA 重症度のマーカーと見なされます。 このシステムの調節不全は、さまざまな病状の一因となる可能性のある酸化ストレスと細胞機能障害につながる可能性があります。

また、新軟骨形成を促進するMSCの能力を考慮すると、炎症は確かにその有効性に関する要因を果たします. TNF-α、IL-1B、IL-6 などの炎症性因子は、過剰なフリーラジカルの産生によって軟骨形成を促進する MSC の能力を妨げます。 炎症性微小環境への寄与におけるIL-1Bの役割も評価されています。 これらには、軟骨分解、Ik-B アルファリン酸化の誘導、およびその後の核因子 - カッパ B (NF-kB) の核移行、活性酸素種 (ROS) 産生の増加 (NF-kB も活性化する可能性があります)、ADAMTS の発現増加が含まれます。 4 (アグリカンおよび COMP の遺伝子発現を阻害する) および抗酸化酵素の遺伝子発現の減少。 研究者らは、これらの炎症性サイトカインによって生成される酸化ストレスの上昇が、軟骨マトリックス高分子の合成をどのように阻害するかについて議論しました。 タイプ 2 コラーゲンおよびアグリカン）、関節炎の関節の関節軟骨の分解を促進し、ネイティブおよび移植された間葉系幹細胞の軟骨形成を阻害します。

現在、PRP は MSC 治療と組み合わせると、軟骨細胞の増殖率の増加、軟骨形成分化の促進、RUN X 2 阻害、NF-KB の捕捉、微小環境における全体的な同化変化への影響など、MSC にさまざまな影響を与えることが知られています。

メサンギウム細胞は、2型コラーゲンの発現を含む同化因子の発現、十分に実証された抗炎症および免疫調節の役割、ならびにネイティブ前駆細胞の動員と直接分化を示す研究において、パラクリン関連メカニズムを介して調整の役割を果たすことが現在知られています。 . これは、移植された MSC が治癒過程を助けるために行うことの核心です。 前述のように、移植された細胞の生存率はわずか 26% であり、移植された MSC の生存をサポートするのに役立つ生物工学的モダリティを見つけることが強く求められています。 モダリティの中には、ヒアルロン酸由来のマトリックスを用いた MSC の移植が含まれます。

CD44 と CD168 の両方が成長因子シグナル伝達の調節に関与しています。 HA足場内にMSCを移植すると、関節微小環境内のMSCのコミュニケーションを強化するのに役立ちます。 研究者らは、抗アポトーシス、抗炎症、免疫抑制、抗線維化、および軟骨保護効果を含む、十分に文書化された HA の多面的効果についても議論します。 上記のように、変形性関節症の関節内に炎症性ニッチが存在することによる内因性 MSC 機能障害では、関節内の関節炎環境にも寄与する免疫応答があります。 HA は免疫抑制特性を示しており、活性化 T 細胞のレベルが低下しています。 市販の HA を利用して内因性 HA 合成を正常化することにも利点があります。

提案された ERIPTO プロトコルには、より長期にわたる臨床的に関連する結果を達成するための論理的なアプローチがあります。