Wczesna interwencja regeneracyjna w pourazowej chorobie zwyrodnieniowej stawów (ERIPTO)

Dziedzina medycyny regeneracyjnej i ortbiologii wzbudziła zainteresowanie wielu klinicystów i członków społeczności naukowej. W ciągu ostatnich 20 lat ta dziedzina cieszyła się dużym zainteresowaniem i rozwojem. Wyszukiwarka Scopus dotycząca komórek mięśniowo-szkieletowych i macierzystych zaowocowała ponad 3000 dokumentów, z czego ponad jedna trzecia to recenzje. Wyszukiwanie w PubMed w ciągu ostatnich 6 lat zaowocowało 52 publikacjami w ciągu ostatnich 5 lat.

Niestety doszło do rozdrobnienia medycyny regeneracyjnej, gdzie wielu klinicystów stosowało uogólnione protokoły, co skutkowało niewielką znaczącą poprawą kliniczną lub krótkoterminowymi korzyściami, które często zanikają z czasem.

Nadal istnieje wiele badań, które należy przeprowadzić, aby wyjaśnić, jak najlepiej wykorzystać różne składniki medycyny regeneracyjnej, a także patofizjologię choroby zwyrodnieniowej stawów.

Badanie ERIPTO ma na celu zbadanie proponowanego protokołu wykorzystującego różne składniki medycyny regeneracyjnej, w tym osocze bogatopłytkowe (PRP), kwas hialuronowy (HA) i koncentrat aspiratu ludzkiego szpiku kostnego (BMAC).

W urazach i prawidłowym gojeniu się ran kolagen jest często początkowym aktywatorem płytek krwi z rozwojem monowarstw płytek krwi na odsłoniętych powierzchniach kolagenu, co widać w stawach pourazowych. Jest to przeciwieństwo natychmiastowego proteolitycznego rozszczepienia płytek krwi przez trombinę z późniejszym natychmiastowym uwolnieniem zmagazynowanych czynników wzrostu. Zbadano ekspresję genów w stawach po urazach mechanicznych chrząstki stawowej. W modelu ścinania i wbijania badacze stwierdzili wzrost ekspresji kolagenu typu 1 po urazie powierzchni stawowej. Ta ekspresja kolagenu może działać jako kotwica dla PRP wstrzykniętego przezskórnie w stawy pourazowe, aby ułatwić stałe wydzielanie czynników wzrostu.

Wiadomo, że średnia długość życia komórki mezangialnej po wprowadzeniu do stawu wynosi około 30 dni. Tylko 26% przeszczepionych komórek przeżywa w stawie. Te ramy czasowe są uzależnione od zapewnienia odpowiedniego i przyjaznego środowiska dla komórki, do której ma zostać wstrzyknięta. Biorąc pod uwagę kataboliczne mikrośrodowisko choroby zwyrodnieniowej stawów, oczywiste jest, że staw z zapaleniem stawów często zawiera środowisko molekularne, które nie jest odpowiednie lub korzystne dla przeszczepionych komórek mezangium i komórek natywnych, w tym chondrocytów, kolagenu typu 2, macierzy zewnątrzkomórkowej, błony maziowej , a także podchrzęstne komórki progenitorowe. Może również promować osteogenne różnicowanie chrząstki natywnej i prowadzić do progresji do schyłkowej fazy choroby stawów.

Na światło dzienne wychodzą również badania dotyczące niszy zapalnej obecnej w środowisku w momencie przeszczepiania komórek mezangialnych, która może mieć znaczenie w odniesieniu do czynników troficznych wydzielanych przez mezenchymalne komórki macierzyste (MSC), a także ich działania immunomodulacyjnego. Stymulacja receptora toll-like na polaryzacji MSC odgrywa ważną rolę w rozwoju prozapalnego lub przeciwzapalnego MSC. Czynniki prozapalne obecne w środowisku, takie jak interferon (IFN) gamma lub IFN alfa, mogą wpływać na różnicowanie w dół prozapalnej linii MSC i pomagać w promowaniu późniejszej modulacji immunologicznej w celu promowania różnicowania makrofagów M1 (prozapalnych), aktywację limfocytów T CD8, a także zwiększoną ekspresję chemokin prozapalnych, takich jak CCL2, CXCL-9 i CXCL-10. [17] Jeśli obecny jest niski poziom iNOS, może to następnie prowadzić do aktywacji i proliferacji limfocytów T za pośrednictwem chemokin indukowanych cytokinami. Chociaż jest to w dużej mierze prawda, ekspresja IL-6 indukowana przez MSC pomogła promować różnicowanie do linii M2 (przeciwzapalnej).

Ostatnie badania rzuciły światło na nową koncepcję stawów pourazowych i artretycznych. Jest to wpływ środowiska zapalnego i reaktywnych form tlenu na dysfunkcję tkanek natywnych, w szczególności na czynniki wzrostu, takie jak nadrodzina TGF-B wraz z BMP. W 2019 roku badacze badali dysfunkcję natywnego MSC z dysfunkcyjnym TGF-B, prawdopodobnie w wyniku środowiska katabolicznego w chorobie zwyrodnieniowej stawów. Białko indukowane przez TGF-B (TGF-Bi) jest postrzegane jako czynnik wzrostu wyrażany w MSC natywnych w stawach, jak również w szpiku kostnym. Stwierdzono, że odgrywa dwie role w normalnym różnicowaniu chondrogennym.

W jednej roli stymuluje proliferację i różnicowanie, w innej hamuje mineralizację i końcowe różnicowanie chondrocytów. Postuluje się, że TGF-Bi w BM-MSC pomaga regulować kondensację BM-MSC we wczesnej fazie chondrogenezy poprzez działanie pomostowe między komórkami, kolagenami i proteoglikanami. W swoich badaniach badacze doszli do wniosku, że osiągnięto to poprzez modulację cząsteczek adhezyjnych ITGB1, ITGB5 i NCAD. W swoich badaniach badacze byli w stanie wykazać sprzeczną z intuicją regulację w górę TGF-Bi w kości i chrząstce stawowej stawów dotkniętych chorobą zwyrodnieniową stawów, co rodzi pytanie o deregulację natywnych czynników wzrostu.

Badacze postulowali, że może to być wynikiem próby TGF-Bi do odwrócenia zmian zwapniających zachodzących w chondrocytach obszarów silnie artretycznych kolana i zauważyli zwiększone stężenie takich w osteofitach i obszarach rozległych uszkodzeń. Badacze zasugerowali również rozregulowanie rodziny genów TGF-B w OA i zauważyli regulacyjną rolę, jaką TGF-Bi odgrywa w stosunku do kolagenu X, markera przerostu chondrocytów. Pojawiają się również dowody na to, że w stawach istnieje wiele nisz MSC, które pomagają w utrzymaniu integralności chrząstki i pomagają leczyć mikrodefekty w uszkodzonej chrząstce. Badacze zauważyli wśród MSC, że poziom TGF-Bi był obniżony w poduszce tłuszczowej podrzepkowej i BM-MSC ze stawów OA i zauważyli, że skuteczność BM-MSC w naprawie uszkodzeń chrząstki in vivo wymaga dalszych badań.

Zbadano również rolę reaktywnych form tlenu w rozregulowaniu natywnego BMP w warunkach układu mięśniowo-szkieletowego. Badacze dyskutowali o tym, jak niskie poziomy ROS są wymagane do utrzymania niezróżnicowanych MSC i jak ROS (generowane przez NOX-2 i NOX-4) oraz BMP odgrywają kluczową rolę fizjologiczną w chondrogenezie. W dyskusji dotyczącej martwicy kości i choroby zwyrodnieniowej stawów badacze zauważyli, że zmiany martwicze prowadzą do zwiększonej produkcji wolnych rodników tlenowych (O-, H2O2), a następnie do zwiększonej produkcji BMP-2, obserwowanej w zmianach martwiczych i uszkodzonych chrząstkach u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów. Podwyższone poziomy H2O2, wytwarzane przez aktywację NOX lub stan zapalny, indukują aktywację NF-kB, która zwiększa ekspresję BMP-2. BMP2 stymuluje syntezę proteoglikanów, indukuje unaczynienie, promuje osteogenezę śródchrzęstną i ma działanie anaboliczne na metabolizm i funkcję chondrocytów i jest uważane za marker ciężkości choroby zwyrodnieniowej stawów. Rozregulowanie tego systemu może prowadzić do stresu oksydacyjnego i dysfunkcji komórek, co może przyczyniać się do różnych patologii.

Ponadto, biorąc pod uwagę zdolność MSC do promowania tworzenia nowej chrząstki, zapalenie z pewnością odgrywa rolę w odniesieniu do jego skuteczności. Czynniki zapalne, takie jak TNF-alfa, IL-1B i IL-6, hamują zdolność MSC do promowania chondrogenezy poprzez wytwarzanie nadmiernej ilości wolnych rodników. Oceniono również rolę IL-1B w przyczynianiu się do powstawania mikrośrodowiska zapalnego. Obejmują one degradację chrząstki, indukcję fosforylacji Ik-B alfa, a następnie translokację jądrową czynnika jądrowego - kappa B (NF-kB), zwiększoną produkcję reaktywnych form tlenu (ROS) (może również aktywować NF-kB), zwiększoną ekspresję ADAMTS- 4 (hamuje ekspresję genów agrekanu i COMP) oraz zmniejsza ekspresję genów enzymów antyoksydacyjnych. Badacze omówili, w jaki sposób podwyższony stres oksydacyjny wytwarzany przez te zapalne cytokiny hamuje syntezę makrocząsteczek macierzy chrząstki (tj. kolagen typu 2 i agrekan), sprzyja degradacji chrząstki stawowej w stawach z zapaleniem stawów oraz hamuje chondrogenezę natywnych i wszczepionych mezenchymalnych komórek macierzystych.

Obecnie wiadomo, że PRP ma różny wpływ na MSC w połączeniu z leczeniem MSC, w tym zwiększa szybkość proliferacji chondrocytów, pomagając promować różnicowanie chondrogenne, hamując RUN X 2, wychwytując NF-KB i wpływając na ogólną zmianę anaboliczną w mikrośrodowisku.

Obecnie wiadomo, że komórki mezangialne odgrywają rolę koordynacyjną poprzez mechanizmy parakrynne w ekspresji czynników anabolicznych, w tym ekspresji kolagenu typu 2, dobrze udokumentowanej roli przeciwzapalnej i immunomodulacyjnej, a także w badaniach wykazujących rekrutację natywnych komórek progenitorowych w porównaniu z bezpośrednim różnicowaniem . To jest sedno tego, co robią przeszczepione MSC, aby pomóc w procesie gojenia. Jak wspomniano wcześniej, wskaźnik przeżywalności przeszczepionych komórek wynosi tylko 26% i istnieje znaczny nacisk na znalezienie metod bioinżynierii, które wspomogą przeżycie przeszczepionych MSC. Wśród metod znajduje się przeszczep MSC z matrycami pochodzącymi z kwasu hialuronowego.

Zarówno CD44, jak i CD168 biorą udział w regulacji sygnalizacji czynnika wzrostu. Wszczepienie MSC w rusztowanie HA może pomóc w zwiększeniu komunikacji MSC w mikrośrodowisku stawu. Badacze omawiają również dobrze udokumentowane plejotropowe działanie HA, w tym działanie przeciwapoptotyczne, przeciwzapalne, immunosupresyjne, przeciwzwłóknieniowe i chondroprotekcyjne. Jak wspomniano powyżej, w przypadku endogennej dysfunkcji MSC spowodowanej obecnością niszy zapalnej w obrębie stawów objętych chorobą zwyrodnieniową występuje odpowiedź immunologiczna, która również przyczynia się do powstania środowiska artretycznego w obrębie stawów. HA wykazał właściwości immunosupresyjne i zaobserwował spadek poziomu aktywowanych limfocytów T. Istnieje również korzyść z wykorzystania dostępnego w handlu HA do wspomagania normalizacji endogennej syntezy HA.

W proponowanym protokole ERIPTO istnieje logiczne podejście do osiągnięcia trwalszych i klinicznie istotnych wyników.