riparazione cartilagini con staminali copertina

Cellule staminali per lesioni della cartilagine articolare

Le lesioni delle cartilagini articolari sono molto frequenti e difficili da trattare.
La difficoltà nasce soprattutto dall’assenza di innervazione e vascolarizzazione della parte che, quindi, una volta colpita da degenerazione non ha capacità di rigenerarsi.

Alcuni studi hanno cercato di mettere in evidenza la possibilità di applicazione delle cellule staminali mesenchimali nella riparazione del tessuto cartilagineo.

Cartilagine: come avviene il processo riparativo

La cartilagine è un tessuto ialino opalescente e altamente differenziato che offre una protezione alla parte terminale dell’osso e ne previene l’usura.
Aderisce all’osso attraverso una zona di demarcazione da cui proliferano e si differenziano le cellule ed è in questa zona che si nutre, attraverso i piccoli vasi provenienti dall’osso.

È costituita da un numero esiguo di cellule, i condrociti, e da cellule staminali la cui funzione non è ancora ben nota.[1]

La matrice, invece, è costituita da:

  • acqua
  • collagene: che determina la resistenza alla trazione
  • proteoglicani: che impartiscono capacità di resistenza alla compressione.

Lo spessore della cartilagine varia a seconda di:

  • localizzazione anatomica dell’articolazione
  • specie
  • età.

Ciò che rende difficile la riparazione del tessuto è soprattutto la totale assenza di vasi, sia sanguigni che linfatici e innervazioni ad essa direttamente connessi.

L’osteoartrosi, una frequente causa di disfunzione articolare, può essere provocata sia da cause traumatiche che autoimmuni, come nel caso dell’artrite reumatoide, in cui si ha un generale stato flogistico che provoca una progressiva erosione delle cartilagini.

Nel caso di trauma superficiale, che non coinvolge l’osso subcondrale, la cartilagine non riesce a guarire spontaneamente a causa dell’assenza dei coaguli di fibrina (che stimolano i processi riparativi) e di cellule staminali.

Lo stesso avviene anche nella fase iniziale di osteoartrosi.

Quando la lesione è più profonda e coinvolge tutta la superficie cartilaginea, il processo riparativo riesce ad avvenire in modo spontaneo ma il tessuto che si forma è più debole, strutturalmente non connesso ai tessuti circostanti e diverso da un punto di vista meccanico.

Cellule staminali e riparazione cartilaginea

I trattamenti per l’osteoartrosi e lesioni articolari al momento sono sia conservativi (volti alla riduzione del dolore/infiammazione all’interno dell’articolazione) che chirurgici, (compreso il trapianto autologo di parti cartilaginee), ma non riescono ad essere efficaci nella capacità di rigenerare il tessuto cartilagineo.

Ecco perché ci sono sempre più studi che cercano di comprendere come stimolare la rigenerazione cartilaginea attraverso la medicina rigenerativa.

La difficoltà maggiore risiede nell’individuazione del tipo cellulare da utilizzare.

Molti sudi si sono orientati sull’uso di cellule staminali o cellule specifiche del tessuto, come i condrociti.

L’uso dei condrociti è stato ampiamente utilizzato e i risultati del loro trapianto sono stati apprezzabili, ma il loro utilizzo è limitato dalla:

  • scarsa quantità di cellule prelevabili
  • possibilità che le stesse si de-differenzino in fibroblasti
  • possibilità di degenerazione in cellule pre-degenerazione
  • influenza dell’età dei condrociti che possono andare incontro a minor capacità mitotica e di sintesi.

Se l’applicazione dei condrociti ha riguardato l’80% degli studi, solo il 15% di essi si è rivolto all’uso di cellule staminali.

Queste, oltre ad avere l’indubbio vantaggio di poter essere estratte  da numerosi tessuti, possono essere isolate e crioconservate, oltre ad avere grande capacità di differenziarsi in tessuti specifici.

Sulle loro potenziali possibilità terapeutiche abbiamo ampiamente scritto (studi terapie rigenerative).

Mentre inizialmente si pensava che la loro efficacia fosse legata soprattutto alla capacità di ricostruzione dei tessuti, grazie alla capacità di differenziarsi in essi, oggi si è più propensi a valutare la funzione trofica delle stesse sui tessuti.

Questa induce il rilascio di citochine, fattori di crescita, proteine immuno-modulatrici, ormoni che riescono ad agire a livello mitocondriale

Facilitazione alla condrogenesi staminali

Quali tipi cellulari?

Cellule staminali mesenchimali, sia derivate  da tessuto adiposo che da midollo osseo, sono state valutate nella loro capacità di rigenerare il tessuto cartilagineo.

In vitro questa capacità è stata dimostrata, mentre in vivo gli studi non hanno ancora dato risposte certe.

La capacità condrogenetica è stata soprattutto influenzata da fattori quali:

  • tessuto di origine delle cellule
  • tecniche di cultura
  • numero di passaggi intermedi
  • quantità di trapianti richiesti
  • la presenza di fattori di crescita
  • materiale di supporto utilizzato (scaffold).

In generale, gli studi hanno messo in evidenza come, nel cane e cavallo (specie maggiormente utilizzate), l’impianto di Cellule Staminali Mesenchimali sia stata in grado di migliorare la rigenerazione cartilaginea rispetto a gruppi di controllo.

Ulteriori ricerche potranno mettere in evidenza le criticità emerse, circa la qualità del nuovo tessuto.[2]

 

Studi in vivo sul cane: l’importanza per modelli sull’uomo

Nell’ambito della ricerca, gli studi sul cane sono molto importanti in quanto i processi degenerativi che coinvolgono le cartilagini articolari sono spesso assimilabili a quelle dell’uomo.

Alcuni studi in vivo hanno messo in evidenza come l’impianto di cellule staminali mesenchimali sia stato efficace (rispetto a gruppi di controllo) nella rigenerazione della cartilagine, sia in lesioni parziali che profonde delle cartilagini, anche sulla qualità del tessuto ialino ottenuto in seguito al trattamento.

I tempi di somministrazione delle cellule (precoce o tardivo rispetto all’insorgenza della lesione) hanno dimostrato essere un fattore importante sul risultato, soprattutto in termini di qualità del tessuto ialino ottenuto.

Il trattamento eseguito dopo un mese dall’insorgenza della lesione ha determinato la formazione di un tessuto fibro-cartilagineo, mentre in quello eseguito dopo un solo giorno dalla lesione il tessuto ottenuto era cartilagine ialina.

L’infiltrazione intrarticolare delle cellule sfrutta la loro capacità di homing, per cui esse riescono ad arrivare a livello della lesione cartilaginea aderendovi, soprattutto nella fase iniziale della lesione.

Poi, migrano a livello della membrana sinoviale senza differenziarsi ulteriormente, ma liberando fattori trofici immunosoppressivi e condroprotettivi.

Pare interessante segnalare che alcuni studi [4] hanno dimostrato che infiltrazioni di Cellule Staminali Mesenchimali in combinazione con acido ialuronico e/o PRP hanno fornito risultati decisamente superiori rispetto alla sola somministrazione di cellule.

I controlli sono stati fatti attraverso valutazioni istologiche del tessuto condrale alterato.

Queste ricerche dimostrano la reale efficacia dell’uso delle cellule staminali mesenchimali, sia per la capacità di rigenerare il tessuto cartilagineo, sia per la rimodulazione dell’infiammazione a livello articolare.

La creazione di protocolli standard, però, sarebbe necessaria al fine di poter avere risultati più omogenei e applicabili anche in medicina umana.

Cellule staminali da liquido sinoviale

Mentre sulle cellule di derivazione adiposa si è ampiamente indagato, meno lo è stato per l’uso di cellule derivanti da altri tessuti.

Uno studio ha valutato cellule prelevate da:

  • liquido sinoviale
  • grasso infrapatellare
  • grasso inguinale
  • midollo osseo.

ed ha valutato, nel modo più oggettivo possibile, la staminalità dei vari tipi di cellule ottenute e si è visto che le proprietà proliferative e differenziative dipendevano dal tipo di tessuto di origine.
In questo studio, le cellule staminali derivanti dalla sinovia sono state quelle che hanno mostrato miglior capacità condrogenica e più alto potenziale proliferativo.

Pertanto, in base a questo studio, le Cellule Staminali Mesenchimali derivanti dal liquido sinoviale potrebbero essere maggiormente indicate per la rigenerazione delle cartilagini in caso di problemi articolari nel cane.

 

Infine ricordiamo che, se il cane ha una copertura malattia e infortunio Tippet, può essere rimborsato delle spese terapeutiche (anche delle terapie rigenerative) e/o diagnostiche, in base al contratto previsto.

Bibliografia
  1. Williams R, Khan IM, Richardson K, Nelson L, McCarthy HE, Analbelsi T, Singhrao SK, Dowthwaite GP, Jones RE, Baird DM, Lewis H, Roberts S, Shaw HM, Dudhia J, Fairclough J, Briggs T, Archer CW: Identification and clonal characterisation of a progenitor cell sub-population in normal human articular cartilage. PLoS One, 2010, 5(10), 1-14.
  2. Pretzel D, Linss S, Rochler S, Endres M, Kaps C, Alsalameh S, Kinne RW: Relative percentage and zonal distribution of mesenchymal progenitor cells in human osteoarthritic and normal cartilage. Arthritis Res Ther., 2011, 13(2):R64.
  3. Nelson L, McCarthy HE, Fairclough J, Williams R, Archer CW: Evidence of a viable pool of stem cells within human osteoarthritic cartilage. Cartilage, 2014, 5(4): 203–214.
  4. Mudasir Bashir Gugjoo, Amarpal, Mujeeb-Ur Rehman Fazili, Mohmmad Abrar Gayas, Raja Aijaz Ahmad & Kuldeep Dhama: Animal mesenchymal stem cell research in cartilage regenerative medicine – a review, Veterinary Quarterly, 39:1, 95-120 [https://doi.org/10.1080/01652176.2019.1643051]
  5. Sasaki A, Mizuno M, Mochizuki M, Sekiya I: Mesenchymal stem cells for cartilage regeneration in dogs. World J Stem Cells., 2019; 11(5): 254-269.
    [https://www.wjgnet.com/1948-0210/full/v11/i5/254.htm]
  6. Li L, Duan X, Fan Z, Chen L, Xing F, Xu Z, Chen Q, Xiang Z: Mesenchymal stem cells in combination with hyaluronic acid for articular cartilage defects. Sci Rep. 2018;8:9900.
    [doi:10.1038/s41598-018-27737-y]
  7. Sasaki A, Mizuno M, Ozeki N, Katano H, Otabe K, Tsuji K, Koga H, Mochizuki M, Sekiya I: Canine mesenchymal stem cells from synovium have a higher chondrogenic potential than those from infrapatellar fat pad, adipose tissue, and bone marrow.
    [https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0202922]