Stem cell mesenkim untuk memperbaiki kartilago pada osteoarthritis

Pendahuluan

Sendi lutut adalah sebuah keajaiban teknik yang bertindak sebagai saluran untuk memindahkan berat tubuh dan juga memungkinkan gerakan canggih yang penting untuk mobilitas manusia normal. Gerakan sendi yang normal tergantung pada struktur anatomi jaringan. Hal ini juga membantu perfoming fungsi fisiologis yang tulang rawan sendi dan membran sinovial melaksanakan untuk memungkinkan kelancaran fungsi jaringan. Tulang rawan adalah struktur yang sangat khusus yang terdiri sebagian besar dari matriks ekstraseluler (ECM) dan agregat pembentuk proteoglikan, aggrekan, dengan tertanam kondrosit [1]. Fitur struktural utama yang berkontribusi terhadap penampilan kaca keputihan jaringan adalah karena ECM dikenal sebagai tulang rawan hialin [2]. ECM ini terdiri dari kerangka padat serat kolagen terutama tipe II dengan sejumlah kecil subtipe lain kolagen. Ini komposisi biomekanik dan struktural yang unik dari tulang rawan memungkinkan jaringan untuk menyeimbangkan kekokohan mekanik dan fleksibilitas yang penting untuk fungsi jaringan normal.

Osteoarthritis (OA) memiliki efek langsung pada fungsi beberapa sendi, dimana lutut adalah yang paling penting secara klinis. Telah diperkirakan bahwa semua individu di atas usia 65 akan memiliki beberapa bukti klinis atau radiografi OA. Fitur patofisiologi dasar OA adalah hilangnya tulang rawan artikular, meskipun beberapa komponen-komponen dari sendi, termasuk tulang dan membran sinovial, mungkin juga terpengaruh [3]. Kondrosit, yang merupakan komponen seluler utama tulang rawan, adalah sel yang relatif inert dan memiliki kapasitas regeneratif sedikit. Sementara beberapa regenerasi tidak terjadi di masa kecil, kemampuan ini hilang dengan usia dan hampir sepenuhnya absen setelah 60 tahun atau lebih. Selain itu, mekanisme molekuler yang kompleks itu, termasuk sekresi enzim proteolitik, lanjut menurunkan tulang rawan sakit. Enzim ini termasuk aggrecanases dan metalloproteineases dan dimediasi oleh interleukin 1 maupun oleh tumor necrosis factor-alpha [4]. Gambar 1 menjelaskan fitur patologis dan biokimia utama yang pada akhirnya menyebabkan OA.

Pengobatan saat ini untuk osteoarthritisKasus ringan OA dapat diobati dengan kombinasi non-farmakologis (misalnya, fisioterapi) dan agen farmakologis untuk mengurangi rasa sakit dan peradangan. Namun, sebagai penyakit berlangsung, pengobatan agresif tambahan yang diperlukan dan ini mungkin termasuk penggunaan steroid intra-artikular (Hycort) atau asam hyaluronic (Hyalgan) administrasi [4]. Meskipun beberapa pasien mengalami bantuan sementara, kemanjuran dari intervensi tidak seragam dan ada beberapa perdebatan tentang efektivitas mereka. Dalam kasus yang lebih lanjut atau parah OA, penggantian lutut adalah satu-satunya pilihan terapi yang layak [5].Ia telah mengemukakan bahwa banyak mekanisme yang menyebabkan gejala dan patofisiologi OA dapat dibalik dengan penerapan berbasis sel terapi [6]. Penggunaan kondrosit autologus berbudaya untuk tulang rawan regenerasi telah berhasil digunakan selama lebih dari satu dekade [7,8]. Namun, teknik ini memerlukan tulang rawan biopsi, yang merupakan prosedur invasif, dan janji awal teknik ini belum dibuktikan dalam uji klinis yang dilakukan dengan hati-hati. Selain itu, kondrosit diperoleh dari situs donor telah ditunjukkan untuk de-membedakan selama ekspansi budaya dengan downregulation concomi-tant gen tulang rawan-spesifik dan hidup yang terbatas setelah transplantasi [9]. Ini telah meninggalkan lapangan terbuka terhadap terapi lain dan yang paling menjanjikan ini adalah sumsum tulang sel stroma (BMSCs) untuk memperbaiki jaringan yang rusak.

Sel induk mesenkim dan kondrogenesis

Beberapa jenis sel induk, termasuk BMSCs di parti-cular, telah ditunjukkan untuk membedakan dengan adanya rangsangan pertumbuhan yang tepat, di sepanjang jalur tertentu untuk menghasilkan jaringan tulang rawan. Sel batang mesenchymal (MSC) telah diisolasi pertama dari sumsum tulang [10] dan kemudian dari berbagai jaringan lain seperti jaringan adiposa, plasenta, tali pusat dan darah tali, pulpa gigi, dan amnion. Namun, kemampuan MSC diisolasi dari jaringan tersebut untuk membentuk tulang rawan saat ini sedang diperiksa ketat [11]. MSC atau MSC-seperti sel diyakini untuk menggantikan sel yang hilang karena penuaan atau cedera jaringan. MSC biasanya terisolasi oleh properti kepatuhan plastik mereka dan dapat diperluas dalam budaya skala besar untuk penggunaan klinis. Meskipun tidak ada penanda yang spesifik telah diidentifikasi untuk mengisolasi populasi MSC, International Society of Cell Therapy telah mendefinisikan sel-sel menjadi positif untuk penanda sel stroma CD73, CD105, dan CD90 dan negatif untuk penanda hematopoietik (CD45, CD34, CD14, CD19, CD11b, dan HLA-DR) [12]. Kurangnya penanda khusus untuk mengidentifikasi MSC telah membuatnya menjadi sulit untuk kategoris menentukan persamaan atau perbedaan antara sifat biologis sel-sel diisolasi dari berbagai jenis jaringan. Menariknya, BMSCs telah terbukti memiliki beberapa sifat biologis unik yang berpotensi menguntungkan untuk mereka gunakan dalam terapi sel autologous baik dan alogenik. Memperbaharui diri intrinsiknya kemampuan dan potensi diferensiasi menjadi kondrosit, adiposit, dan osteosit telah didokumentasikan [13,14].

Diferensiasi khondrogenik dari BMSCs adalah jaringan interaktif yang kompleks antara faktor-faktor transkripsi, faktor pertumbuhan ekstraseluler, dan jalur transduksi sinyal [15,16] (Gambar 2). The intrinsik diferensiasi potensi khondrogenik dari BMSCs diyakini dikendalikan oleh faktor transkripsi sox-9 dan RUNX-2, sedangkan transforming growth factor (TGF), seperti TGF-3, serta protein morphogenic tulang adalah beberapa induser paling ampuh BMSC khondrogenesis [17,18]. Baru-baru ini, Weiss dan rekan [19] menunjukkan bahwa para-hormon tiroid-seperti faktor pertumbuhan fibroblast peptida dan dasar memainkan peran penting dalam mengatur terminal differen-tiation dari BMSCs dengan menekan kolagen X sementara utama yang memuat ekspresi protein matriks lainnya, sehingga mencegah diferensiasi hipertrofik dari BMSCs oleh di pelet budaya vitro. Sebuah studi perbandingan menggunakan MSC yang diperoleh dari berbagai sumber melaporkan bahwa jaringan sinovium yang diturunkan MSCs dipamerkan maksimum potensi chondro-genesis diikuti oleh sumsum tulang yang diturunkan MSC [20]. Hasil ini menunjukkan bahwa sumsum tulang yang diturunkan MSC dapat digunakan sebagai sumber sel untuk memperbaiki tulang rawan, meskipun mekanisme hipertrofik differen-tiation MSC yang diturunkan struktur tulang rawan pada tulang setelah transplantasi masih harus dijelaskan [19].MSC yang diisolasi dari sumsum tulang dan jaringan adiposa dan dimuat pada perancah tiga dimensi di bawah appro-sepatutnya isyarat diferensiasi dapat memperoleh fenotipe khondrogenik, dan dihasilkan membangun dapat digunakan sebagai penggantian jaringan tulang rawan perbaikan [21-25]. Beberapa studi komparatif menunjukkan bahwa kualitas tulang rawan diproduksi dengan menggunakan sumsum tulang yang diturunkan sel stroma secara substansial lebih rendah dari yang diperoleh dengan menggunakan kondrosit. Dalam penelitian terbaru, serat berukuran mikron, diproduksi oleh teknik elektro-berputar, terlihat memberi struktur dan sifat sebanding dengan tulang rawan ECM dan untuk meningkatkan chondro-usul BMSCs [26]. Para peneliti juga melakukan upaya untuk meningkatkan perancah dengan menggabungkan BMSCs dengan beberapa biomaterial seperti spons asam poli-laktat-co-glikolat dan fibrin gel bersama dengan TGF-1 dengan hasil yang memuaskan [27]. Dalam studi lain, peneliti menggunakan MSC manusia diinkubasi secara in vitro dengan TGF-3-releasing fibro-Nectin berlapis microcarriers farmakologi aktif (PAM) dalam media khondrogenik, dan sel-sel ini secara tegas berpegang pada permukaan PAM dan cepat membentuk agregat sel [28] . Setelah tiga minggu, upregulation kuat penanda tulang rawan khusus diamati pada kedua tingkat mRNA dan protein, sedangkan osteogenik atau gen adipo-genic tidak dapat dideteksi. Hasil ini memberikan wawasan baru ke diferensiasi kondrosit dari BMSCs di hadapan biomaterial yang tepat dan faktor chondro-genic yang membutuhkan dalam eksperimen in vivo untuk tulang rawan regenerasi.

Biologi sel induk mesenkim

Selain memiliki kapasitas diferensiasi multi- keturunan , sel stroma multi- ampuh yang diperoleh dari sumsum tulang dan jaringan lain memiliki beberapa sifat yang unik untuk sel-sel dalam rangka untuk membawa tentang regenerasi jaringan . Secara khusus , BMSCs diketahui lebih - entially rumah dan terakumulasi ke situs cedera dan peradangan . The SDF1/CXCR jalur adalah kunci perda - lator untuk migrasi BMSC , dan , dengan tidak adanya sinyal SDF1 , migrasi sel-sel pada jaringan tulang telah ditemukan terjadi penurunan nilai [ 29,30 ] . Sel-sel ini juga dikenal untuk mengeluarkan sejumlah besar faktor pertumbuhan , sitokin , dan kemokin yang melaksanakan fungsi yang berbeda . Kegiatan ini parakrin MSCs diperoleh dari berbagai sumber dianggap salah satu cara utama di mana sel-sel memediasi anti - inflamasi , anti-apoptosis , anti -fibrosis , angiogenik , mitogenik , dan penyembuhan luka properti [ 31 ] . Interaksi yang kompleks dari beberapa mediator biologis yang dikeluarkan oleh MSC telah terbukti menjadi penting dalam mengatur regenerasi berbagai organ rusak atau sakit tubuh , meskipun kejelasan yang lengkap sehubungan dengan profil secretome dari MSC yang diperoleh dari jaringan yang berbeda dan mereka fungsi tertentu masih memerlukan penyelidikan ekstensif [ 32 ].

Sifat imunomodulator sel induk mesenkimSalah satu karakteristik utama dari MSC, terlepas dari organ yang mereka terisolasi, adalah bahwa sel-sel umumnya hypoimmunogenic dan memiliki aktivitas imunosupresif, meskipun mekanisme immuno-modulasi mungkin tidak sama antara berbagai jenis MSC. Akibatnya, penggunaan MSC untuk terapi alogenik tidak memerlukan pencocokan HLA [33]. Terapi sel alogenik sering panggilan untuk menggunakan obat imunosupresif tradisional, tapi ini tidak mungkin terjadi untuk MSC transplantasi. Dasar hipo-atau non-imunogenik sifat mereka adalah bahwa MSC mengungkapkan rendah untuk tingkat menengah HLA I antigen kelas dan negatif untuk ekspresi permukaan sel HLA kelas II mol-Cules [33]. Setelah pengobatan dengan interferon-gamma, BMSCs mengekspresikan HLA kelas II antigen di permukaan, namun ungkapan ini tidak ditemukan untuk mengubah aktivitas imunomodulator dari sel-sel [34] . Selain itu, BMSCs telah terbukti menjadi negatif untuk molekul co-stimulasi yang diperlukan untuk alloreactive stimulasi sel-T [33,35]. Lebih penting lagi, kondrosit, adiposit, dan osteosit dibedakan dari BMSCs manusia juga telah terbukti menjadi non-mmuno-genic di alam [33]. Secara kolektif, hasil ini menunjukkan bahwa BMSCs dapat digunakan sebagai produk off- the-rak untuk aplikasi alogenik untuk perbaikan tulang rawan.

Efikasi praklinis sel induk mesenkim dalam tulang rawan regenerasi

Pengaruh MSC transplantasi juga telah terbukti efektif untuk perbaikan tulang rawan dalam berbagai model praklinis OA. Dalam sebuah studi yang elegan oleh Murphy dan rekan [36], BMSCs autologous yang tersuspensi dalam larutan Hyaluronan dan disuntikkan intra-artikuler pada kambing di mana OA diinduksi dengan operasi. Meskipun BMSCs berlabel disuntikkan tidak ditemukan dalam jumlah besar di daerah rawan, regenerasi jaringan adalah jelas pada hewan yang menerima sel dibandingkan dengan kelompok kontrol. Demikian pula, BMSCs dibedakan atau BMSCs pra-dibedakan pada perancah menghasilkan hasil yang menggembirakan pada kelinci [37] dan domba [38] model OA. Dari penelitian tersebut, tampak bahwa BMSCs sendiri atau MSC tertanam pada perancah biodegradable memiliki potensi untuk menjadi terapi efektif untuk penyakit degeneratif, termasuk OA.Sumsum tulang terapi berbasis sel stroma untuk tulang rawan perbaikan

Beberapa peneliti klinis dari berbagai belahan dunia telah melaporkan tentang keamanan dan efek terapi pemberian BMSC pada pasien dengan OA (Tabel 1). Nejadnik dan rekan [39] melakukan penelitian untuk membandingkan hasil klinis pasien yang diobati dengan generasi pertama implantasi kondrosit autologus (n = 36) dengan pasien yang diobati dengan BMSCs autologus (n = 36). Hasil klinis diukur sebelum dan pada berbagai titik waktu setelah operasi dengan menggunakan International Cartilage Perbaikan Masyarakat Cartilage Cedera Paket Evaluasi. Ada signifikan meningkatkan pemerintah dalam kualitas hidup pasien setelah perbaikan tulang rawan pada kedua kelompok. Namun, tidak ada perbedaan antara BMSCs dan kelompok implantasi kondrosit autologus dalam hal hasil klinis kecuali untuk fungsi peran fisik, dan peningkatan yang lebih besar dari waktu ke waktu dalam kelompok BMSC diamati. Peningkatan gejala klinis diamati setelah perbaikan tulang rawan menggunakan BMSCs dalam uji klinis oleh Nejadnik dan rekan [39] adalah sesuai dengan hasil klinis dari studi sebelumnya di mana gejala klinis dilaporkan telah membaik dan perbaikan tulang rawan terdeteksi oleh evaluasi histopatologi dan magnetic resonance imaging (MRI) teknik [40,41]. Bahkan, Wakitani dan rekan [41] menunjukkan bahwa cacat pada satu pasien telah diperbaiki dengan jaringan fibrocartilaginous setelah 12 bulan transplantasi sel. Hasil MRI yang diperoleh dari pasien lain setelah 12 bulan menunjukkan cakupan yang lengkap dari cacat, meskipun sifat dari jaringan cartiliganeous tidak ditentukan. Dalam sebuah studi terpisah, Halim dan rekan [42] melaporkan bahwa BMSCs autologous ditempatkan pada kaya trombosit lem fibrin bila diberikan ke lutut pasien dengan OA mengakibatkan cacat mengisi lengkap dan harmoni permukaan dengan kartilago asli di satu pasien sedangkan dua lainnya pasien menunjukkan harmoni lengkap. Demikian pula, Kasem-kijwattana dan rekan [43] menunjukkan peningkatan dalam tulang rawan pertumbuhan kembali pada dua pasien transplantasi BMSC-oleh penilaian arthroscopic, yang disertai dengan pemulihan fungsional. Studi yang diterbitkan oleh investigasi buaya lain juga menunjukkan pengurangan rasa sakit [44] dan beberapa perbaikan dalam volume tulang rawan femoralis [45], meskipun dalam sejumlah kecil pasien.Dalam fase I / II percobaan yang dilakukan oleh Osiris Therapeutics, Inc (Columbia, MD, USA), administrasi intra-artikular BMSCs alogenik pada pasien dengan OA signifikan mengurangi rasa sakit dibandingkan dengan kelompok plasebo. Efek ini diamati pada pasien yang menerima dosis rendah (50 juta sel) serta pada pasien yang menerima dosis tinggi (150 juta sel) [46]. Presentasi terakhir yang dibuat oleh kelompok yang sama menunjukkan konsistensi dalam skor nyeri pasien yang diobati BMSC dua tahun setelah pemberian sel [47]. Namun, pemeriksaan MRI lutut diperlakukan mengungkapkan variabilitas luas dalam volume meniskus antara sel-diperlakukan dan kelompok kontrol pasien. Dengan demikian, jelas terlihat bahwa pemberian BMSCs autologus atau alogenik ke lutut pasien dengan OA aman dan berkhasiat sejauh pengurangan rasa sakit yang bersangkutan, dengan perbaikan tulang rawan artikular regenerasi dan fungsi fisik. Perlu dicatat bahwa studi klinis yang dilakukan dengan adiposa sel induk jaringan yang diturunkan bersama dengan dosis rendah deksametason juga menunjukkan hasil yang menggembirakan dalam hal regenerasi kartilago dan skor nyeri berkurang pada pasien dengan OA [48].Dalam pencarian dari website ClinicalTrials.gov [49] di mana kata kunci 'osteoarthritis' dan 'sel batang mesenchymal' digunakan, 16 uji klinis pada OA bisa diciutkan, 14 di antaranya menggunakan baik BMSCs autologus atau alogenik, dan tersisa dua percobaan sedang menyelidiki efek jaringan adiposa yang diturunkan dan tali pusar darah yang diturunkan MSC. Berbagai parameter menyelidiki gative dari uji klinis juga diringkas dalam Tabel 1.

Baru-baru ini, kami memulai dua acak, tersamar ganda, multi-pusat, terkontrol plasebo, dosis-temuan studi menilai keamanan dan kemanjuran dari ex vivo BMSCs alogenik-kultur mengikuti intra-artikular administrasi tion pada pasien dengan OA. Data klinis sebelumnya kami dari produk yang sama menunjukkan keamanan BMSCs alogenik pada pasien dengan iskemia tungkai kritis dan infark miokard akut (Gupta dan rekan, naskah dalam persiapan). Mengingat data keamanan dan uji klinis diterbitkan dilakukan pada OA, kita melakukan dosis-mulai uji klinis di India (NCT01453738) dan Malaysia (NCT01448434), di mana OA sangat umum di kalangan pria dan wanita tua. Penelitian di India sedang dilakukan dengan menggunakan empat dosis yang berbeda (25, 50, 75, dan 150 juta) dari BMSCs alogenik, sedangkan sidang Malaysia melibatkan dua dosis sel (25 dan 50 juta). Para pasien akan ditindaklanjuti untuk total dua tahun dengan menggunakan berbagai keberhasilan para-meter seperti WOMAC (Western Ontario dan Universitas McMaster) Indeks Osteoarthritis, ICOAP (terputus dan konstan Osteoarthritis Sakit) skor, Visual Analog Score, dan bukti radiologis perbaikan dengan kedua x-ray dan MRI sendi lutut yang terkena. Hasil yang diperoleh dari penelitian kami serta dari uji klinis yang dilakukan di tempat lain mungkin kesimpulan-sively menentukan kemanjuran dan keamanan menggunakan BMSCs untuk regenerasi tulang rawan pada pasien dengan OA.KesimpulanBeberapa karakteristik penting dari BMSCs membuat mereka menarik populasi sel untuk memperbaiki tulang rawan. Secara khusus, BMSCs telah ditunjukkan untuk bermigrasi dan menanamkan ke beberapa jaringan muskuloskeletal, terutama di lokasi cedera, dan menjalani spesifik jaringan berbeda-entiation. Sifat anti-inflamasi dan imunosupresif BMSCs memastikan bahwa sel-sel ini dapat digunakan dalam konteks transplantasi alogenik. Terapi berbasis sel baik autologus dan alogenik menggunakan BMSCs untuk perbaikan tulang rawan telah terbukti untuk menghasilkan hasil klinis yang dapat diterima. Meskipun mekanisme yang tepat yang BMSCs diharapkan untuk menumbuhkan tulang rawan artikular pada pasien dengan OA tidak jelas, kemampuan sel-sel untuk menginduksi proliferasi dan diferensiasi sel progenitor tiation penduduk atau bawaan potensi berbeda-entiation mereka untuk kondrosit dapat membantu regenera yang-tion dari tulang rawan yang rusak. Hal ini juga masuk akal bahwa kombinasi aktivitas parakrin dan kemampuan diferensiasi BMSCs mungkin dapat beroperasi di vivo untuk membawa perubahan yang diinginkan dalam pembentukan neocartilage. Uji klinis direncanakan menggunakan BMSCs diperoleh dari pasien (autologous) dan dari sukarelawan sehat normal (alogenik) dapat menjelaskan pemahaman yang berharga tentang sifat kuratif dan rezeki jangka panjang sel-sel dalam lingkungan mikro lokal. Tidak diragukan lagi, banyak kemajuan diperlukan pada bidang penelitian baik dasar dan klinis sebelum sel-sel dapat digunakan secara rutin di klinik untuk mengobati pasien dengan OA.

Osteoarthritis (OA) merupakan penyakit degeneratif dari jaringan ikat dan berkembang sesuai usia pada populasi lebih tua atau berkembang pada atlet muda menyusul cedera yang berhubungan dengan olahraga. Tulang rawan artikular sangat rentan terhadap kerusakan dan memiliki potensi miskin untuk regenerasi karena tidak adanya pembuluh darah dalam jaringan. Kapasitas dukung beban normal dan sifat biomekanik penipisan tulang rawan yang terancam selama perkembangan penyakit. Meskipun intervensi bedah dan farmasi tersedia untuk mengobati OA saat ini, pemulihan fungsi tulang rawan yang normal telah sulit untuk dicapai. Karena jaringan ini terutama terdiri dari kondrosit didistribusikan di matrix bed ekstraselular khusus, sumsum tulang stroma sel (BMSCs), juga dikenal sebagai tulang 'sel induk mesenkim' diturunkan dari sumsum atau 'sel stroma mesenkim', dengan melekat diferensiasi potensi khondrogenik tampaknya cocok untuk digunakan terapi dalam tulang rawan regenerasi. BMSCs dapat dengan mudah diisolasi dan besar-besaran diperluas dalam budaya di negara dibeda-bedakan untuk digunakan terapi. Karena potensi mereka untuk memodulasi mikro lokal melalui fungsi anti-inflamasi dan imunosupresif, BMSCs memiliki keuntungan tambahan untuk aplikasi alogenik. Selain itu, dengan mengeluarkan berbagai faktor larut bioaktif, BMSCs dapat melindungi tulang rawan dari kerusakan jaringan lebih lanjut dan memfasilitasi regenerasi dari sel-sel progenitor yang tersisa in situ. Ulasan ini luas menjelaskan kemajuan yang dibuat selama beberapa tahun terakhir di BMSCs dan potensi terapi mereka untuk memperbaiki kerusakan tulang rawan pada OA.