Vroege regeneratieve interventie voor posttraumatische artrose (ERIPTO)

Het gebied van regeneratieve geneeskunde en orthobiologie heeft de belangstelling gewekt van veel clinici en leden van de wetenschappelijke gemeenschap. In de afgelopen 20 jaar is er een grote belangstelling en groei op dit gebied geweest, een Scopus-zoektocht naar musculoskeletale en stamcellen resulteerde in meer dan 3000 documenten, waarvan meer dan een derde beoordelingen. Een zoektocht in PubMed in de afgelopen 6 jaar resulteerde in 52 publicaties in de afgelopen 5 jaar.

Helaas is de fragmentatie van de regeneratieve geneeskunde opgetreden bij veel clinici die gegeneraliseerde protocollen gebruiken, wat resulteert in weinig significante klinische verbetering of kortetermijnvoordelen die na verloop van tijd vaak vervagen.

Er moet nog veel onderzoek worden gedaan om te verduidelijken hoe de verschillende componenten van regeneratieve geneeskunde en de pathofysiologie van artrose het beste kunnen worden gebruikt.

De ERIPTO-studie probeert een voorgesteld protocol te bestuderen waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende componenten van regeneratieve geneeskunde, waaronder bloedplaatjesrijk plasma (PRP), hyaluronzuur (HA) en humaan beenmergaspiraatconcentraat (BMAC).

Bij trauma en normale wondgenezing is collageen vaak de initiële activator van bloedplaatjes met de ontwikkeling van monolagen van bloedplaatjes over de blootgestelde collageenoppervlakken, zoals te zien is in posttraumatische gewrichten. Dit is in tegenstelling tot onmiddellijke proteolytische splitsing van bloedplaatjes door trombine met daaropvolgende onmiddellijke afgifte van opgeslagen groeifactoren. Er is onderzoek gedaan naar genexpressie in gewrichten na mechanisch letsel aan gewrichtskraakbeen. In een shear versus impaction-model vonden onderzoekers een toename in de expressie van collageen type 1 na trauma aan het gewrichtsoppervlak. Deze expressie van collageen kan fungeren als een anker voor percutaan geïnjecteerd PRP in posttraumatische gewrichten om een ​​gestage afscheiding van groeifactoren te vergemakkelijken.

Het is bekend dat de gemiddelde levensduur van een mesangiale cel, eenmaal afgeleverd in een gewricht, ongeveer 30 dagen is. Slechts 26% van de getransplanteerde cellen overleeft in het gewricht. Dit tijdsbestek is afhankelijk van het bieden van een goede en gastvrije omgeving voor de cel waarin geïnjecteerd moet worden. Gezien de katabole micro-omgeving van osteoartritis is het duidelijk dat een artritisch gewricht vaak een moleculair milieu herbergt dat niet geschikt of gunstig is voor getransplanteerde mesangiale cellen en inheemse cellen, waaronder chondrocyten, type 2 collageen, de extracellulaire matrix, synovium , evenals subchondrale voorlopercellen. Het kan ook osteogene differentiatie van aangeboren kraakbeen bevorderen en leiden tot de progressie naar gewrichtsaandoening in het eindstadium.

Er komt ook onderzoek aan het licht met betrekking tot de inflammatoire niche die aanwezig is in de omgeving op het moment dat mesangiale cellen worden getransplanteerd en die van invloed kan zijn op trofische factoren die worden uitgescheiden door de mesenchymale stamcellen (MSC's), evenals de immunomodulerende effecten die ze bezitten. Tolachtige receptorstimulatie op MSC-polarisatie speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling van een pro-inflammatoire of ontstekingsremmende MSC. Pro-inflammatoire factoren die in het milieu aanwezig zijn, zoals interferon (IFN)-gamma of IFN-alfa, kunnen de differentiatie in de pro-inflammatoire afstamming van de MSC beïnvloeden en de daaropvolgende immuunmodulatie helpen bevorderen om differentiatie van de M1 (pro-inflammatoire) macrofaag te bevorderen, activering van CD8 T-cellen, evenals verhoogde expressie van pro-inflammatoire chemokines zoals CCL2, CXCL-9 en CXCL-10. [17] Als er een laag niveau van iNOS aanwezig is, kan dat vervolgens leiden tot activering en proliferatie van T-cellen via cytokine-geïnduceerde chemokinen. Hoewel dit grotendeels waar is, hielp expressie van MSC-geïnduceerde IL-6 bij het bevorderen van de differentiatie naar M2 (ontstekingsremmende) afstamming.

Recent onderzoek heeft licht geworpen op een nieuw concept binnen posttraumatische en jichtige gewrichten. Dit is het effect dat de inflammatoire omgeving en reactieve zuurstofsoorten kunnen hebben op aangeboren weefseldisfunctie, met name groeifactoren zoals de TGF-B-superfamilie samen met BMP. In 2019 onderzochten onderzoekers native MSC-disfunctie met disfunctionele TGF-B, mogelijk als gevolg van het katabole milieu bij artrose. TGF-B-geïnduceerd eiwit (TGF-Bi) wordt gezien als een groeifactor die tot expressie wordt gebracht in MSC's die inheems zijn in gewrichten en in het beenmerg. Gebleken is dat het twee rollen speelt bij normale chondrogene differentiatie.

In de ene rol stimuleert het de proliferatie en differentiatie, terwijl het in een andere rol de mineralisatie en de terminale differentiatie van chondrocyten remt. Er wordt verondersteld dat TGF-Bi in BM-MSC's helpt bij het reguleren van condensatie van BM-MSC's in de vroege fase van chondrogenese door een brug te slaan tussen cellen, collagenen en proteoglycanen. In hun studie kwamen de onderzoekers tot de conclusie dat dit werd bereikt door modulatie van adhesiemoleculen ITGB1, ITGB5 en NCAD. In hun studie waren de onderzoekers in staat om de contra-intuïtieve opwaartse regulatie van TGF-Bi in het bot en gewrichtskraakbeen van gewrichten met artrose aan te tonen, wat aanleiding gaf tot de kwestie van de deregulering van natuurlijke groeifactoren.

De onderzoekers veronderstelden dat dit ofwel het resultaat zou kunnen zijn van een poging van TGF-Bi om verkalkte veranderingen die optreden in chondrocyten van ernstig artritische gebieden van de knie ongedaan te maken en constateerden een verhoogde concentratie hiervan in osteofyten en gebieden met uitgebreide schade. De onderzoekers suggereerden ook een ontregeling van de TGF-B-genenfamilie binnen OA en merkten de regulerende rol op die TGF-Bi speelt op collageen X, een marker van chondrocythypertrofie. Er komen ook aanwijzingen aan het licht van meerdere MSC-niches die bestaan ​​in gewrichten die helpen bij het behouden van de integriteit van het kraakbeen en helpen bij het genezen van microdefecten in beschadigd kraakbeen. De onderzoekers merkten op dat bij de MSC's TGF-Bi naar beneden gereguleerd was in het infrapatellaire vetkussentje en BM-MSC's van OA-gewrichten en merkten op dat of de efficiëntie van BM-MSC's om kraakbeenlaesies in vivo te herstellen, nader onderzoek rechtvaardigt.

De rol die reactieve zuurstofsoorten spelen bij ontregeling van native BMP binnen musculoskeletale aandoeningen is ook bestudeerd. De onderzoekers bespraken hoe lage niveaus van ROS nodig zijn om ongedifferentieerde MSC's te behouden en hoe ROS (gegenereerd door NOX-2 en NOX-4) en BMP cruciale fysiologische rollen spelen in chondrogenese. In een discussie over osteonecrose en osteoartritis merken de onderzoekers op dat necrotische laesies leiden tot de verhoogde productie van vrije zuurstofradicaal (O-, H202) met daaropvolgende verhoogde productie van BMP-2, gezien in necrotische laesies en beschadigd kraakbeen van OA-patiënten. Verhoogde H2O2-niveaus, geproduceerd door NOX-activering of ontsteking, induceren NF-kB-activering die de expressie van BMP-2 verbetert. BMP2 stimuleert de proteoglycaansynthese, induceert vascularisatie, bevordert endochondrale osteogenese en heeft anabole effecten op het metabolisme en de functie van chondrocyten, en wordt beschouwd als een marker voor de ernst van OA. Ontregeling van dit systeem kan leiden tot oxidatieve stress en celdysfunctie, wat kan bijdragen aan verschillende pathologieën.

Ook bij het overwegen van het vermogen van MSC om de vorming van nieuw kraakbeen te bevorderen, speelt ontsteking zeker een factor met betrekking tot de werkzaamheid ervan. Ontstekingsfactoren zoals TNF-alfa, IL-1B en IL-6 belemmeren het vermogen van MSC's om chondrogenese te bevorderen door de productie van overmatige vrije radicalen. De rol van IL-1B bij het bijdragen aan een inflammatoire micro-omgeving is ook geëvalueerd. Deze omvatten afbraak van kraakbeen, inductie van Ik-B alfafosforylering en daaropvolgende nucleaire translocatie van nucleaire factor - kappa B (NF-kB), verhoogde productie van reactieve zuurstofspecies (ROS) (kan ook NF-kB activeren), verhoogde expressie van ADAMTS- 4 (remt genexpressie van aggrecan en COMP) en verminderde genexpressie van anti-oxidant enzymen. De onderzoekers bespraken hoe verhoogde oxidatieve stress geproduceerd door deze inflammatoire cytokines de synthese van kraakbeenmatrixmacromoleculen remt (d.w.z. type 2 collageen en aggrecan), bevordert de afbraak van gewrichtskraakbeen in artritische gewrichten en remt de chondrogenese van inheemse en geïmplanteerde mesenchymale stamcellen.

Het is nu bekend dat PRP verschillende invloeden heeft op MSC's in combinatie met MSC-behandeling, waaronder een verhoogde proliferatiesnelheid van chondrocyten, het helpen bevorderen van chondrogene differentiatie, RUN X 2-remming, het vangen van NF-KB en het beïnvloeden van een algehele anabole verandering in de micro-omgeving.

Het is nu bekend dat mesangiale cellen via paracriene gerelateerde mechanismen een orkestrerende rol spelen bij de expressie van anabole factoren, waaronder expressie van type 2 collageen, een goed gedocumenteerde ontstekingsremmende en immunomodulerende rol, evenals studies die rekrutering van natieve voorlopercellen versus directe differentiatie aantonen. . Dit is de kern van wat getransplanteerde MSC's doen om te helpen bij het genezingsproces. Zoals eerder vermeld, is er slechts een overlevingspercentage van 26% voor getransplanteerde cellen en er is een aanzienlijke druk om bio-engineeringmodaliteiten te vinden om de overleving van getransplanteerde MSC's te ondersteunen. Tot de modaliteiten behoren transplantatie van MSC's met van hyaluronan afgeleide matrices.

Zowel CD44 als CD168 zijn betrokken bij de regulatie van signalering van groeifactoren. Het implanteren van MSC in een HA-steiger kan de communicatie van MSC's binnen de gezamenlijke micro-omgeving helpen verbeteren. De onderzoekers bespreken ook de goed gedocumenteerde pleiotrope effecten van HA, waaronder anti-apoptotische, ontstekingsremmende, immunosuppressieve, antifibrotische en chondroprotectieve effecten. Zoals hierboven vermeld, is er bij endogene MSC-disfunctie als gevolg van de aanwezigheid van een ontstekingsniche in osteoartritische gewrichten een immunologische respons die ook bijdraagt ​​aan het artritische milieu in gewrichten. HA heeft immunosuppressieve eigenschappen aangetoond en heeft de afname van de niveaus van geactiveerde T-cellen gezien. Er is ook voordeel bij het gebruik van in de handel verkrijgbare HA bij het normaliseren van de endogene HA-synthese.

Met het voorgestelde ERIPTO-protocol is er een logische aanpak om meer langdurige en klinisch relevante resultaten te bereiken.