Oamenii de știință vindecă fracturile coloanei vertebrale cu ajutorul grăsimii corporale: un nou pas în terapia regenerativă

Fracturile vertebrale osteoporotice reprezintă cea mai frecventă formă de fracturi de fragilitate, fiind adesea urmate de durere cronică, limitarea activităților zilnice și scăderea calității vieții. În formele refractare, tratamentul chirurgical devine necesar, însă persistă provocări precum pierderea corecției și eșecul implantului. În lipsa unei metode chirurgicale standardizate, cercetările recente se concentrează asupra terapiilor regenerative capabile să accelereze vindecarea osoasă și să reducă recurența colapsului vertebral.
Printre strategiile de regenerare tisulară, celulele stem derivate din țesut adipos au atras un interes crescut datorită ușurinței de recoltare, a capacității ridicate de proliferare și a rezistenței la efectele îmbătrânirii și osteoporozei. Aceste celule prezintă un potențial osteogenic comparabil sau chiar superior celulelor stem mezenchimale din măduva osoasă, fiind mai ușor de obținut chiar la pacienții vârstnici. În combinație cu biomateriale precum β-tricalciul fosfat (β-TCP), celulele stem derivate din țesut adipos pot susține reconstrucția zonelor de colaps vertebral, oferind un suport mecanic și biologic adecvat.

Scopul studiului Universității Metropolitane din Osaka a fost de a evalua eficiența combinației dintre sferoizi de celule stem derivate din țesut adipos pre-diferențiați osteogenic și β-TCP în regenerarea corpilor vertebrali fracturați, utilizând un model experimental de fractură vertebrală osteoporotică la șobolani.

Metodologie

Au fost utilizate trei grupuri experimentale: unul tratat cu sferoizi osteogenici + β-TCP, unul cu sferoizi nediferențiați + β-TCP și un grup martor (β-TCP fără celule). Modelul de osteoporoză a fost indus prin ovariectomie bilaterală la femele Sprague-Dawley, confirmată ulterior prin reducerea densității minerale osoase cu peste 2,5 deviații standard față de grupul control.

Defectele vertebrale au fost create la nivelul corpurilor L4 și L5, iar 40 de sferoizi (2 × 10⁵ celule) au fost transplantați în fiecare vertebră împreună cu scaffoldul β-TCP. Celulele stem derivate din țesut adipos au fost izolate din țesut adipos subcutanat, cultivate în mediu osteogenic timp de șapte zile și apoi transformate în sferoizi tridimensionali prin metoda „hanging-drop”. Evaluările au fost efectuate la patru și opt săptămâni după transplantare, incluzând micro-CT, histologie, imunohistochimie (IHC) și teste biomecanice.

Rezultate

Regenerarea osoasă evaluată prin micro-CT

Analizele imagistice au arătat o creștere semnificativă a volumului osos în grupurile tratate cu sferoizi de celule stem derivate din țesut adipos, comparativ cu grupul martor, în special în primele patru săptămâni după transplantare. Grupul cu sferoizi osteogenici a prezentat cea mai mare regenerare osoasă atât la patru, cât și la opt săptămâni.

Scorul de fuziune osoasă și testele biomecanice

Un sistem de evaluare a fuziunii osoase a fost dezvoltat special pentru acest model animal, demonstrând o reproductibilitate excelentă (coeficient de corelație intra-clasă ≥ 0,75). La opt săptămâni, scorul de fuziune osoasă și rezistența mecanică a vertebrelor au fost semnificativ mai mari în grupul cu sferoizi osteogenici, indicând o integrare superioară între osul gazdă și materialul artificial.

Analiză histologică și imunohistochimică

Colorațiile HE și Masson au evidențiat o înlocuire progresivă a scaffoldului β-TCP cu os nou format în grupurile tratate, cu un efect mai pronunțat în cel osteogenic. În grupul martor, zona de defect era dominată de țesut fibros, fără formare osoasă semnificativă. La nivel microscopic, sferoizii osteogenici au generat o activitate intensă osteoblastică, evidențiată prin expresia crescută a markerilor ALP, IGF-1 și osteocalcin (OCN) la nivelul țesutului regenerat.

Imunomarcarea pentru GFP a confirmat prezența celulelor stem derivate din țesut adipos viabile în țesutul osos imatur, indicând implicarea directă a acestor celule în procesul de regenerare. Expresia puternică a ALP și IGF-1 sugerează un proces activ de formare osoasă, susținut de semnale paracrine care stimulează osteoblastele gazdă.

Analize in vitro: apoptoză și expresie genetică

Studiile de viabilitate celulară au demonstrat că sferoizii osteogenici prezintă o rată de apoptoză semnificativ redusă comparativ cu celulele singulare, atât în stadiul osteogenic, cât și în cel nediferențiat. Aceasta sugerează că arhitectura tridimensională și interacțiunile celulă-celulă din sferoizi contribuie la rezistența celulară și la eficiența terapeutică.

Analiza expresiei genice prin qRT-PCR a arătat o upreglare semnificativă a markerilor osteogenici – Runx2, ALP, OCN, BMP-7, IGF-1 și HGF-1 – în grupul cu sferoizi osteogenici, comparativ cu toate celelalte grupuri. Aceste gene sunt esențiale pentru diferențierea osteoblastică, mineralizarea matricei și stimularea formării de os nou.

Interpretare

Rezultatele demonstrează că sferoizii din celule stem derivate din țesut adipos pre-diferențiați osteogenic accelerează formarea osoasă și îmbunătățesc proprietățile mecanice ale vertebrelor osteoporotice, atât prin mecanisme directe (diferențierea în osteoblaste și osteocite), cât și mecanisme indirecte (secreția de factori de creștere precum IGF-1, BMP-7 și HGF-1, care stimulează celulele gazdă).

De asemenea, studiul a introdus o metodă simplă și reproductibilă de generare a sferoizilor folosind medii de diferențiere osteogenică și metoda hanging-drop, fără a necesita tehnici avansate sau vectori de livrare. Combinarea acestor sferoizi cu un material biocompatibil și osteoconductiv precum β-TCP a produs rezultate superioare comparativ cu utilizarea celulelor stem derivate din țesut adipos nediferențiate.

Importanța paracriniei a fost confirmată prin creșterea expresiei IGF-1 și ALP, markeri implicați în proliferarea osteoblastelor și mineralizarea timpurie a matricei. Sinergia dintre IGF-1 și BMP-7 pare a fi un element cheie în stimularea diferențierii osteoblastice prin căile protein kinazelor C și D.

Pe lângă beneficiile directe asupra regenerării osoase, sferoizii din celule stem derivate din țesut adipos s-au dovedit mai rezistenți la stres oxidativ și apoptoză, ceea ce le conferă o durabilitate superioară după implantare. Acest efect este esențial în mediul osteoporotic, unde densitatea osoasă redusă și vascularizația deficitară îngreunează procesul natural de vindecare.

Limitări și perspective viitoare

Deși modelul de fractură vertebrală la șobolani nu reproduce perfect biomecanica coloanei umane, el oferă un cadru experimental valoros pentru testarea noilor terapii. Sunt necesare studii suplimentare pe modele animale mai mari pentru a confirma siguranța pe termen lung și eficacitatea clinică. De asemenea, parametrii precum durata optimă a pre-diferențierii și volumul ideal de sferoizi necesită optimizare.

Nu au fost observate efecte adverse precum formarea de tumori sau reacții imunologice, iar rezultatele sugerează că această strategie este sigură și translabilă clinic. În viitor, combinarea sferoizilor de celule stem derivate din țesut adipos cu structuri tridimensionale personalizate și tehnologii de bioprintare ar putea conduce la tratamente regenerative minim invazive pentru fracturile vertebrale osteoporotice.

Concluzie

Studiul demonstrează că sferoizii de celule stem derivate din țesut adipos diferențiați osteogenic, transplantați împreună cu β-tricalcium fosfat, promovează regenerarea osoasă rapidă și formarea unei structuri vertebrale stabile într-un model animal de fractură osteoporotică. Prin combinarea efectelor directe de diferențiere celulară cu acțiunea paracrină, această abordare deschide perspective pentru dezvoltarea unor terapii regenerative inovatoare, capabile să reducă deformările și să îmbunătățească recuperarea funcțională după fracturile vertebrale osteoporotice.