Раннее регенеративное вмешательство при посттравматическом остеоартрозе (ERIPTO)

Область регенеративной медицины и ортобиологии вызвала интерес у многих клиницистов и членов научного сообщества. За последние 20 лет в этой области наблюдается большой интерес и рост, поиск скелетно-мышечных и стволовых клеток в Scopus привел к более чем 3000 документов, из которых более трети являются обзорами. Поиск в PubMed за последние 6 лет привел к 52 публикациям за последние 5 лет.

К сожалению, фрагментация регенеративной медицины произошла, когда многие клиницисты использовали обобщенные протоколы, что привело к незначительному клиническому улучшению или краткосрочным преимуществам, которые часто исчезают со временем.

Необходимо провести еще много исследований, чтобы выяснить, как лучше всего использовать различные компоненты регенеративной медицины, а также патофизиологию остеоартрита.

Исследование ERIPTO направлено на изучение предлагаемого протокола с использованием различных компонентов регенеративной медицины, включая обогащенную тромбоцитами плазму (PRP), гиалуроновую кислоту (HA) и концентрат аспирата костного мозга человека (BMAC).

При травме и нормальном заживлении ран коллаген часто является первоначальным активатором тромбоцитов с развитием монослоев тромбоцитов на открытых поверхностях коллагена, как это наблюдается в посттравматических суставах. Это противоположно немедленному протеолитическому расщеплению тромбоцитов тромбином с последующим немедленным высвобождением накопленных факторов роста. Были изучены исследования экспрессии генов в суставах после механического повреждения суставного хряща. В модели сдвига по сравнению с импедансом исследователи обнаружили увеличение экспрессии коллагена 1 типа после травмы суставной поверхности. Эта экспрессия коллагена может действовать как якорь для чрескожно введенного PRP в посттравматические суставы, чтобы способствовать устойчивой секреции факторов роста.

Известно, что средняя продолжительность жизни мезангиальной клетки после введения в сустав составляет около 30 дней. Только 26% трансплантированных клеток выживают в суставе. Эти временные рамки зависят от обеспечения надлежащей и благоприятной среды для введения клетки. Принимая во внимание катаболическую микросреду остеоартрита, очевидно, что пораженный артритом сустав во многих случаях содержит молекулярную среду, которая не подходит или не полезна для трансплантированных мезангиальных клеток и нативных клеток, включая хондроциты, коллаген 2 типа, внеклеточный матрикс, синовиальную оболочку. , а также субхондральные клетки-предшественники. Он также может способствовать остеогенной дифференцировке нативного хряща и приводить к прогрессированию заболевания суставов до терминальной стадии.

Также появляются исследования, касающиеся воспалительной ниши, присутствующей в окружающей среде во время трансплантации мезангиальных клеток, и могут иметь отношение к трофическим факторам, секретируемым мезенхимальными стволовыми клетками (МСК), а также к иммуномодулирующим эффектам, которыми они обладают. Стимуляция толл-подобных рецепторов при поляризации МСК играет важную роль в развитии провоспалительных или противовоспалительных МСК. Провоспалительные факторы, присутствующие в окружающей среде, такие как интерферон (ИФН) гамма или ИФН альфа, могут влиять на дифференцировку вниз по провоспалительной линии МСК и способствовать последующей иммуномодуляции для стимулирования дифференцировки М1 (провоспалительных) макрофагов, активация Т-клеток CD8, а также повышенная экспрессия провоспалительных хемокинов, таких как CCL2, CXCL-9 и CXCL-10. [17] Если присутствует низкий уровень iNOS, это может впоследствии привести к активации и пролиферации Т-клеток посредством цитокин-индуцированных хемокинов. Хотя это в значительной степени верно, экспрессия IL-6, индуцированная МСК, способствовала дифференцировке в линию M2 (противовоспалительную).

Недавние исследования пролили свет на новую концепцию посттравматических и артритных суставов. Это эффект, который воспалительная среда и активные формы кислорода могут оказывать на дисфункцию нативной ткани, особенно факторы роста, такие как надсемейство TGF-B вместе с BMP. В 2019 году исследователи исследовали дисфункцию нативных МСК с дисфункциональным TGF-B, возможно, в результате катаболической среды при остеоартрите. TGF-B-индуцированный белок (TGF-Bi) рассматривается как фактор роста, экспрессируемый в МСК, нативных суставам, а также костному мозгу. Было обнаружено, что он играет две роли в нормальной хондрогенной дифференцировке.

В одной роли он стимулирует пролиферацию и дифференцировку, в то время как в другой роли он ингибирует минерализацию и конечную дифференцировку хондроцитов. Предполагается, что TGF-Bi в BM-MSC помогает регулировать конденсацию BM-MSC на ранней фазе хондрогенеза за счет связывающего действия между клетками, коллагенами и протеогликанами. В своем исследовании исследователи пришли к выводу, что это было достигнуто путем модуляции молекул адгезии ITGB1, ITGB5 и NCAD. В своем исследовании исследователи смогли продемонстрировать контринтуитивную повышенную регуляцию TGF-Bi в костях и суставных хрящах суставов, пораженных ОА, что ставит вопрос о нарушении регуляции нативных факторов роста.

Исследователи предположили, что это может быть результатом попытки TGF-Bi обратить вспять кальцифицирующие изменения, происходящие в хондроцитах пораженных артритом областей коленного сустава, и отметили повышенную концентрацию таковых в остеофитах и ​​областях обширных повреждений. Исследователи также предположили нарушение регуляции семейства генов TGF-B при ОА и отметили регуляторную роль TGF-Bi в отношении коллагена X, маркера гипертрофии хондроцитов. Также появляются данные о множественных нишах МСК, существующих в суставах, которые помогают поддерживать целостность хряща и способствуют заживлению микродефектов в поврежденном хряще. Исследователи отметили, что среди MSC, TGF-Bi был снижен в поднадколенниковой жировой ткани и BM-MSC из суставов с остеоартритом, и отметили, что эффективность BM-MSC для восстановления повреждений хряща in vivo требует дальнейшего изучения.

Также была изучена роль активных форм кислорода в нарушении регуляции нативного BMP в условиях опорно-двигательного аппарата. Исследователи обсудили, как низкие уровни АФК необходимы для поддержания недифференцированных МСК и как АФК (генерируемые NOX-2 и NOX-4) и BMP играют решающую физиологическую роль в хондрогенезе. При обсуждении остеонекроза и остеоартрита исследователи отмечают, что некротические поражения приводят к увеличению продукции свободных радикалов кислорода (O-, H2O2) с последующим увеличением продукции BMP-2, что наблюдается при некротических поражениях и повреждении хряща у пациентов с ОА. Повышенные уровни H2O2, вызванные либо активацией NOX, либо воспалением, вызывают активацию NF-kB, которая усиливает экспрессию BMP-2. BMP2 стимулирует синтез протеогликанов, индуцирует васкуляризацию, способствует эндохондральному остеогенезу и оказывает анаболическое действие на метаболизм и функцию хондроцитов и считается маркером тяжести ОА. Нарушение регуляции этой системы может привести к окислительному стрессу и дисфункции клеток, что может способствовать различным патологиям.

Кроме того, при рассмотрении способности МСК способствовать формированию неохряща, воспаление, безусловно, играет важную роль в их эффективности. Воспалительные факторы, такие как TNF-альфа, IL-1B и IL-6, препятствуют способности МСК стимулировать хондрогенез за счет образования избыточных свободных радикалов. Также была оценена роль IL-1B в содействии воспалительной микросреде. К ним относятся деградация хряща, индукция Ik-B альфа-фосфорилирования и последующая ядерная транслокация ядерного фактора - каппа B (NF-kB), повышенная продукция активных форм кислорода (АФК) (может также активировать NF-kB), повышенная экспрессия ADAMTS- 4 (ингибирует экспрессию генов аггрекана и COMP) и снижает экспрессию генов антиоксидантных ферментов. Исследователи обсудили, как повышенный окислительный стресс, вызванный этими воспалительными цитокинами, ингибирует синтез макромолекул хрящевого матрикса (т. коллаген 2 типа и аггрекан), способствует деградации суставного хряща в пораженных артритом суставах и ингибирует хондрогенез нативных и имплантированных мезенхимальных стволовых клеток.

В настоящее время известно, что PRP оказывает различное влияние на MSC в сочетании с лечением MSC, включая увеличение скорости пролиферации хондроцитов, содействие хондрогенной дифференцировке, ингибирование RUN X 2, улавливание NF-KB и влияние на общие анаболические изменения в микроокружении.

В настоящее время известно, что мезангиальные клетки играют управляющую роль через паракринные механизмы в экспрессии анаболических факторов, включая экспрессию коллагена 2 типа, хорошо задокументированную противовоспалительную и иммуномодулирующую роль, а также исследования, демонстрирующие рекрутирование нативных клеток-предшественников по сравнению с прямой дифференцировкой. . Это лежит в основе того, что трансплантированные МСК помогают в процессе заживления. Как упоминалось ранее, выживаемость трансплантированных клеток составляет всего 26%, и существует значительный толчок к поиску биоинженерных методов, помогающих поддерживать выживание трансплантированных МСК. К числу методов относится трансплантация МСК с матрицами, полученными из гиалуроновой кислоты.

И CD44, и CD168 участвуют в регуляции передачи сигналов фактора роста. Имплантация MSC в каркас HA может помочь увеличить коммуникацию MSC в микроокружении сустава. Исследователи также обсуждают хорошо задокументированные плейотропные эффекты ГК, включая антиапоптотические, противовоспалительные, иммунодепрессивные, антифиброзные и хондропротекторные эффекты. Как упоминалось выше, при эндогенной дисфункции МСК из-за наличия воспалительной ниши в остеоартритных суставах возникает иммунологический ответ, который также способствует развитию артритной среды в суставах. HA продемонстрировал иммунодепрессивные свойства и наблюдал снижение уровня активированных Т-клеток. Также полезно использовать коммерчески доступную ГК, помогая нормализовать эндогенный синтез ГК.

Предлагаемый протокол ERIPTO представляет собой логичный подход для достижения более продолжительных и клинически значимых результатов.