Medicina rigenerativa

L’osteoartrosi (OA) è la più comune artropatia nel mondo [1]: si ritiene che le stime di prevalenza dell’artrosi di ginocchio e caviglia siano rispettivamente del 3.8% e 0.85% e che siano sottostimate. Sono diversi i fattori che influenzano l’incidenza di questa patologia dall’età, sesso, menopausa, fattori genetici e nutrizionali, densità ossea ai fattori meramente meccanici come il peso corporeo (BMI), eventuali traumi articolari, precedenti interventi chirurgici e/o deformità preesistenti. Questi ultimi infatti determinano la gravità e la localizzazione del disturbo in un individuo. Recentemente sono stati identificati anche fattori paracrini implicati nella patogenesi dell’OA, come ad esempio alcune citochine pro-infiammatorie quali IL-1beta e TNFalfa [2]. 

Stato dell’arte

I trattamenti dell’OA includono un approccio iniziale conservativo basato sull’esercizio di rinforzamento muscolare e la perdita di peso. Nei casi in cui però il dolore persiste e si accentuano le deformità strutturali, è necessario prendere in considerazione l’approccio chirurgico: l’artroprotesi. Prima di giungere alla sostituzione protesica si possono prendere in esame alcune tecniche meno invasive che prevedono: infiltrazione intrarticolare di acido ialuronico, di plasma ricco in piastrine (PrP) o di cellule staminali mesenchimali (MSCs).

É proprio quest’ultima tecnica che rappresenta la frontiera terapeutica più attuale e più studiata. Infatti, l’infiltrazione di cellule mesenchimali, ottenute da prelievo di tessuto adiposo sottocutaneo, sembrerebbe promettere diversi effetti a livello articolare: sia di natura funzionale per l’effetto meccanico che riduce quindi il dolore legato alla patologia, sia di natura morfologica in quanto la presenza di queste cellule sembrerebbe attraverso meccanismi paracrini di riprogrammare l’ambiente articolare per favorire il differenziamento di queste MSC in condrociti e quindi ripristinare la superficie cartilaginea degenerata. 

L’interesse crescente per questa tecnica deriva in primis dalle potenzialità rigenerative e dall’efficacia clinica di regressione della sintomatologia dolorosa.

L’International Society for Cellular Therapy ha identificato i criteri per definire le MSCs come cellule che in coltura esprimono i marcatori di cluster CD105, CD73 e CD90 e mancano di CD45, CD34, CD14 o CD11b, CD79alfa o CD19, e le molecole di superficie HLA-DR: queste cellule sono in grado differenziarsi in tre linee cellulari differenti tra cui osteoblasti, adipociti e condroblasti.

Una volta introdotte a livello articolare queste cellule, oltre alle loro potenzialità rigenerative, rivestono un ruolo immunomodulatorio in grado di interferire con la patogenesi dell’OA: proprietà antinfiammatorie, anti-fibrotiche, angiogeniche, mitogene e favorenti la guarigione mediante rilascio di fattori con attività paracrina. 

Cellule Staminali Mesenchimali

Le MSCs possono essere ottenute da diversi tessuti, tra cui midollo osseo, tessuto adiposo, membrana sinoviale e sangue periferico. Il midollo osseo e tessuto adiposo sono i siti da cui è più versatile l’estrazione di tessuto.

In particolare il tessuto adiposo rappresenta il sito più facilmente raggiungibile, infatti le procedure attualmente standardizzate prelevano tessuto dal grasso sottocutaneo o dal pannicolo adiposo infra-patellare. Le cellule mesenchimali staminali ottenute da questo tessuto, dette ADSCs (Adipose-derived stem cells), sono in grado di differenziarsi in cellule adipose, in osteoblasti e condroblasti. Recentemente, il loro uso nel trattamento di OA sia in modelli animali che in pazienti umani ha mostrato risultati d’efficacia molto promettenti.

Nello specifico queste cellule si trovano in una nicchia (stromal vascular fraction, SVF) del tessuto adiposo ottenuta mediante microframmentazione non enzimatica in cui sono presenti numerose ADSCs. Altre popolazioni cellulari che rivestono una funzione biologica fondamentale sono periciti, fibroblasti, monoliti e macrofagi. [3][4]

Nel 2015 è stata pubblicata una Dichiarazione unita di IFATS e ISCT nel tentativo di definire il contenuto cellulare di SVF (Tabella I). 

Un importante step di partenza per il progresso dell’utilizzo di cellule staminali di origine adiposa è identificare in modo standardizzato quest’ultime [5].

Alcuni fattori che possono influenzare la disponibilità e la funzionalità (antinfiammatoria e rigenerativa) delle ADSCs del lipoaspirato sono le caratteristiche del donatore [6]:

    • BMI [7]
    • età
    • sesso
    • menopausa/estrogeni circolanti
    • sito di prelievo
    • trattamenti precedenti (radioterapia, chemioterapia, immunoterapia)
    • diabete mellito

È ben noto che l’azione delle cellule mesenchimali staminali nella riparazione tissutale, nello specifico della cartilagine articolare, è mediata dalla secrezione di fattori con azione paracrina che promuovono la proliferazione dei condrociti residenti, la sintesi di matrice extracellulare e il differenziamento in senso condrogenico modulando il microambiente intrarticolare. 

Meccanismo d’azione

Tra i principali fattori secreti responsabili dei processi sopra citati si riconoscono gli esosomi, microvescivole (4-10 nm di diametro) con una membrana a doppio strato lipidico che hanno la funzione di veicolare la comunicazione intercellulare e quindi attivare la risposta biologica delle cellule contenute nell’intorno di queste MSCs. Da un importante studio sperimentale [8] su modelli animali di ratti immunocompetenti sono stati dimostrati i meccanismi tramite i quali gli esosomi secreti dalle MSC mediano i processi di riparazione del danno cartilagineo nell’OA:

1. Processo di rimodellamento dinamico per accelerare il ripristino di cartilagine: 

        • aumento dell’espressione di collagene tipo II e deposizione di s-GAG nella matrice ialina;
        • miglioramento della regolarità della superficie sinoviale supportata da una completa rigenerazione ossea subcondrale;
        • deposizione predominante di cartilagine ialina;
        • riduzione di espressione di collagene tipo I. 

2. Promozione della proliferazione e riduzione dell’apoptosi durante il processo di riparazione:

        • Aumento rappresentazione di cellule PCNA+ (in proliferazione)
        • Riduzione della rappresentazione di cellule CCP3+ (condrociti in apoptosi)

3. Azione immunomodulatoria sul microambiente:

        • Aumento dell’infiltrazione di macrofagi M2 (che antagonizzano la risposta infiammatoria)
        • Riduzione dell’infiltrato di macrofagi M1 e della concentrazione sinoviale delle citochine ad essi correlate: IL-1beta e TNFalfa. No differenze significative per l’espressione di IL-6.

4. Accentuazione della migrazione di condrociti a livello dei siti di cartilagine danneggiata con aumento dell’attività metabolica di questi e della loro proliferazione e sintesi di matrice extracellulare. Le vie di trasduzione del segnale implicate in questi processi sembrerebbero la via di AKT e ERK e parzialmente quella mediata dai recettori per l’adenosina/CD73.

Differenziamento delle ADSCs

Il differenziamento in senso condrogenico delle cellule mesenchimali staminali derivanti da tessuto adiposo mostra pathways di espressione genica ben codificati, con alcune caratteristiche comuni anche alle altre linee cellulari in cui le ADSCs possono differenziarsi (osteogenico, adipogenico e condrogenico). Esistono infatti geni maggiormente espressi nelle fasi iniziali che guidano verso il differenziamento delle ADSCs nelle tre linee cellulari: adipogenica, osteogenica, condrogenica. Tardivamente iniziano ad essere espressi i geni specifici per ogni via differenziativa che portano al completamento dell’espressione del fenotipo [9].

Un altro aspetto importante del trattamento conservativo dell’OA è quello legato all’esercizio per il rafforzamento muscolare che, in accordo con le linee guida [10], sembra avere un effetto positivo sul dolore e la funzione articolare. Quali siano i meccanismi, soprattutto di natura biologica oltre che meccanica, responsabili di questo miglioramento clinico-funzionale è ancora poco chiaro [11]. 

Potrebbe essere interessante concentrare l’attenzione su:

    1. Un’eventuale azione antinfiammatoria dell’esercizio muscolare, per avvalorare un possibile meccanismo di natura biochimica dell’esercizio muscolare nel contribuire alle potenzialità rigenerative delle ADSCs;
    2. Identificazione di recettori meccanici e vie di mechanotransduction [12]  coinvolte nel differenziamento condrogenico;
    3. Definizione di una strategia sinergica di riabilitazione post-trattamento con ADSCs intrarticolari (sistema Lipogems) e esercizio muscolare mirato a favorire il miglioramento della sintomatologia dolorosa dell’OA e la funzione articolare allungando il tempo di intervento di sostituzione articolare (artroprotesi).