Tidlig regenerativ intervensjon for posttraumatisk slitasjegikt (ERIPTO)

Feltet regenerativ medisin og ortobiologi har økt interessene til mange klinikere og medlemmer av det vitenskapelige samfunnet. I løpet av de siste 20 årene har det vært en stor interesse og vekst på dette feltet, et Scopus-søk etter muskel- og skjelettceller resulterte i over 3000 dokumenter, hvorav mer enn en tredjedel var anmeldelser. Et PubMed-søk de siste 6 årene resulterte i 52 publikasjoner de siste 5 årene.

Dessverre har fragmenteringen av regenerativ medisin skjedd med mange klinikere som bruker generaliserte protokoller, noe som resulterer i liten signifikant klinisk forbedring eller kortsiktige fordeler som ofte blekner over tid.

Det er fortsatt mye forskning som må gjøres for å belyse hvordan man best kan utnytte de ulike komponentene i regenerativ medisin så vel som patofysiologien til artrose.

ERIPTO-studien søker å studere en foreslått protokoll som bruker ulike komponenter av regenerativ medisin, inkludert blodplaterikt plasma (PRP), hyaluronsyre (HA) og humant benmargsaspiratkonsentrat (BMAC).

Ved traumer og normal sårheling er kollagen ofte den første aktivatoren av blodplater med utvikling av blodplate-monolag over de eksponerte kollagenoverflatene sett i posttraumatiske ledd. Dette er i motsetning til umiddelbar proteolytisk spaltning av blodplater med trombin med påfølgende umiddelbar frigjøring av lagrede vekstfaktorer. Undersøkelser av genuttrykk i ledd etter mekanisk skade på leddbrusk er studert. I en skjær- versus innvirkningsmodell fant etterforskere en økning i uttrykket av kollagen type 1 etter traumer på leddoverflaten. Dette uttrykket av kollagen kan fungere som et anker for perkutant injisert PRP i posttraumatiske ledd for å lette jevn utskillelse av vekstfaktorer.

Det er kjent at gjennomsnittlig levetid for en mesangial celle når den først er levert inn i et ledd er rundt 30 dager. Bare 26 % av de transplanterte cellene overlever i leddet. Denne tidsrammen er betinget av å gi et riktig og gjestfritt miljø for cellen som skal injiseres i. I betraktning av det katabolske mikromiljøet ved slitasjegikt er det tydelig at et leddgikt mange ganger har et molekylært miljø som ikke er egnet eller fordelaktig for transplanterte mesangiale celler og native celler inkludert kondrocytter, type 2 kollagen, den ekstracellulære matrisen, synovium , så vel som subkondrale stamceller. Det kan også fremme osteogen differensiering av naturlig brusk og føre til progresjon til sluttstadiet leddsykdom.

Forskning kommer også frem i lyset angående den inflammatoriske nisjen som er tilstede i miljøet på det tidspunktet mesangiale celler transplanteres og kan ha betydning for trofiske faktorer som skilles ut av de mesenkymale stamcellene (MSCs) samt de immunmodulerende effektene de har. Tolllignende reseptorstimulering på MSC-polarisering spiller en viktig rolle i utviklingen av en pro-inflammatorisk eller anti-inflammatorisk MSC. Pro-inflammatoriske faktorer som er tilstede i miljøet som interferon (IFN) gamma eller IFN alfa kan påvirke differensieringen nedover den pro-inflammatoriske linjen til MSC og bidra til å fremme påfølgende immunmodulering for å fremme differensiering av M1 (pro-inflammatorisk) makrofag, aktivering av CD8 T-celler, samt økt ekspresjon av pro-inflammatoriske kjemokiner som CCL2, CXCL-9 og CXCL-10. [17] Hvis et lavt nivå av iNOS er tilstede som senere kan føre til T-celleaktivering og spredning via cytokininduserte kjemokiner. Selv om dette stort sett er sant, bidro uttrykk av MSC-indusert IL-6 til å fremme differensieringen til M2 (anti-inflammatorisk) avstamning.

Nyere forskning har kastet lys over et nytt konsept innen posttraumatiske og leddgikt. Dette er effekten det inflammatoriske miljøet og reaktive oksygenarter kan ha på naturlig vevsdysfunksjon, spesielt vekstfaktorer som TGF-B-superfamilien sammen med BMP. I 2019 forsket etterforskere på naturlig MSC-dysfunksjon med dysfunksjonell TGF-B, muligens som et resultat av det katabolske miljøet ved slitasjegikt. TGF-B-indusert protein (TGF-Bi) har blitt sett på som en vekstfaktor uttrykt i MSC-er som er hjemmehørende i ledd så vel som benmarg. Det har vist seg å spille to roller i normal kondrogen differensiering.

I en rolle stimulerer den spredning og differensiering, mens den i en annen rolle hemmer mineralisering og kondrocyttterminal differensiering. Det er postulert at TGF-Bi i BM-MSCs hjelper til med å regulere kondensering av BM-MSCs i den tidlige fasen av kondrogenese ved å bygge bro mellom celler, kollagener og proteoglykaner. I sin studie kom etterforskerne til konklusjonen at dette ble oppnådd ved modulering av adhesjonsmolekylene ITGB1, ITGB5 og NCAD. I sin studie var etterforskerne i stand til å demonstrere den kontraintuitive oppreguleringen av TGF-Bi i bein og leddbrusk i ledd plaget av OA, noe som gir opphav til spørsmålet om deregulering av native vekstfaktorer.

Etterforskerne postulerte enten at dette kunne være et resultat av at TGF-Bi forsøkte å reversere forkalkningsforandringer som oppstår i kondrocytter i alvorlig leddgikt områder av kneet og bemerket en økt konsentrasjon av slike i osteofytter og områder med omfattende skade. Etterforskerne foreslo også en dysregulering av TGF-B-familien av gener i OA og la merke til den regulatoriske rollen TGF-Bi spiller på kollagen X, en markør for kondrocytthypertrofi. Det kommer også bevis på flere MSC-nisjer som finnes i leddene som hjelper til med å opprettholde bruskintegriteten og hjelper til med å helbrede mikrodefekter i skadet brusk. Etterforskerne bemerket blant MSC-ene, at TGF-Bi var nedregulert innenfor den infrapatellære fettputen og BM-MSC-er fra OA-ledd og bemerket at hvorvidt BM-MSCs effektivitet for å reparere bruskskader in vivo krever ytterligere undersøkelse.

Rollen til reaktive oksygenarter spiller i dysregulering av naturlig BMP i muskel- og skjelettforhold har også blitt studert. Etterforskerne diskuterte hvor lave nivåer av ROS som kreves for å opprettholde udifferensierte MSC-er og hvordan ROS (generert av NOX-2 og NOX-4) og BMP spiller avgjørende fysiologiske roller i kondrogenese. I en diskusjon om osteonekrose og slitasjegikt bemerker etterforskerne at nekrotiske lesjoner fører til økt produksjon av fritt oksygenradikal (O-, H202) med påfølgende økt produksjon av BMP-2, sett i nekrotiske lesjoner og skadet brusk fra OA-pasienter. Økte H2O2-nivåer, produsert av enten NOX-aktivering eller betennelse, induserer NF-kB-aktivering som øker ekspresjonen av BMP-2. BMP2 stimulerer proteoglykansyntese, induserer vaskularisering, fremmer endokondral osteogenese og har anabole effekter på kondrocyttmetabolisme og funksjon, og regnes som en markør for OA-alvorlighet. Dysregulering av dette systemet kan føre til oksidativt stress og celledysfunksjon som kan bidra til ulike patologier.

Også, når man vurderer MSCs evne til å fremme nybruskdannelse, spiller betennelse absolutt en faktor angående dens effektivitet. Inflammatoriske faktorer som TNF-alfa, IL-1B og IL-6 hindrer MSCs evne til å fremme kondrogenese ved produksjon av overdreven frie radikaler. Rollen til IL-1B i å bidra til et inflammatorisk mikromiljø har også blitt evaluert. Disse inkluderer bruskdegradering, induksjon av Ik-B alfa-fosforylering og påfølgende nukleær translokasjon av kjernefaktor - kappa B (NF-kB), økt produksjon av reaktive oksygenarter (ROS) (kan også aktivere NF-kB), økt ekspresjon av ADAMTS- 4 (hemmer genuttrykk av aggrecan og COMP) og redusert genuttrykk av antioksidantenzymer. Etterforskerne diskuterte hvordan forhøyet oksidativt stress produsert av disse inflammatoriske cytokinene hemmer syntesen av bruskmatrisemakromolekyler (dvs. type 2 kollagen og aggrecan), fremmer nedbrytningen av leddbrusk i leddgikt, og hemmer naturlig og implantert mesenkymal stamcelle kondrogenese.

Det er nå kjent at PRP har ulike påvirkninger på MSC-er når det kombineres med MSC-behandling, inkludert økt spredningshastighet av kondrocytter, som bidrar til å fremme kondrogen differensiering, RUN X 2-hemming, fangst av NF-KB og påvirker en generell anabol endring i mikromiljøet.

Det er nå kjent at mesangiale celler spiller en orkestrerende rolle via parakrine relaterte mekanismer i ekspresjonen av anabole faktorer inkludert ekspresjon av type 2 kollagen, veldokumentert antiinflammatorisk og immunmodulerende rolle, samt studier som viser rekruttering av native stamceller versus direkte differensiering . Dette er kjernen i hva transplanterte MSC-er gjør for å hjelpe i helbredelsesprosessen. Som tidligere nevnt, er det bare en overlevelsesrate på 26 % for transplanterte celler, og det er betydelig press for å finne bioteknologiske modaliteter for å støtte overlevelsen av transplanterte MSC-er. Blant modalitetene inkluderer transplantasjon av MSC-er med Hyaluronan-avledede matriser.

Både CD44 og CD168 er involvert i reguleringen av vekstfaktorsignalering. Implantering av MSC i et HA-stillas kan bidra til å øke kommunikasjonen av MSC-er i det felles mikromiljøet. Etterforskerne diskuterer også de veldokumenterte pleiotropiske effektene av HA inkludert anti-apoptotiske, anti-inflammatoriske, immunsuppressive, anti-fibrotiske og kondrobeskyttende effekter. Som nevnt ovenfor, med endogen MSC-dysfunksjon på grunn av tilstedeværelsen av en inflammatorisk nisje i artrose ledd, er det en immunologisk respons som også bidrar til artrittmiljøet i leddene. HA har vist immunsuppressive egenskaper og har sett nedgangen i nivåene av aktiverte T-celler. Det er også fordeler ved å bruke kommersielt tilgjengelig HA for å hjelpe normalisere endogen HA-syntese.

Med den foreslåtte ERIPTO-protokollen er det en logisk tilnærming for å oppnå mer langvarige og klinisk relevante resultater.