Tratamentul cu celule din măduva osoasă grăbește vindecarea leziunilor de genunchi - ligament și menisc

În iulie 2025, o echipă de cercetători de la Lehigh University a publicat în American Chemical Society un studiu ce analizează diferențele proteomice dintre concentratul de aspirat medular (BMAC) obținut din două surse anatomice distincte – creasta iliacă și capul humeral – utilizând modele de învățare automată de tip Support Vector Machine (SVM).

Context

Concentratul de aspirat medular (BMAC) este o terapie biologică utilizată frecvent în ortopedie și medicina sportivă pentru regenerarea țesuturilor musculoscheletale. Acesta conține o gamă bogată de factori de creștere și citokine antiinflamatoare, precum platelet-derived growth factor B (PDGF-B), bone morphogenic proteins (BMP-2 și BMP-7) și interleukin-1 receptor antagonist (IL-1RA).

De regulă, creasta iliacă este sursa preferată pentru recoltarea măduvei osoase, datorită cantității mari de măduvă disponibilă și a randamentului ridicat în celule progenitoare. Totuși, în anumite contexte chirurgicale – cum este ruptura completă de coafă rotatorie – capul humeral devine o alternativă accesibilă, permițând recoltarea locală de măduvă fără proceduri suplimentare.

Până la acest studiu, nu existau analize proteomice comparative directe între BMAC provenit din creasta iliacă și cel din capul humeral. Înțelegerea acestor diferențe ar putea ajuta clinicianul să aleagă sursa optimă de BMAC în funcție de necesitățile regenerative ale pacientului.

Despre studiul actual

Designul studiului și metodologia

Au fost analizate 105 probe de BMAC provenite de la pacienți, utilizând patru microaraje de anticorpi diferiți, axați pe:

• inflamație,

• răspuns imun,

• activitatea osteoclastelor,

• și proteine condrogene.

Rezultatele fluorescente brute au fost procesate în Python și Excel pentru a construi un set de date proteomic cu 109 proteine analizate per probă. Distribuția non-normală a majorității datelor (aproximativ 75% dintre proteine) a impus utilizarea testului Mann–Whitney U (MWU), urmat de corecția False Discovery Rate (FDR).

Analiza statistică a identificat 24 de proteine cu p < 0.05, dintre care 7 au rămas semnificative după corecția FDR, indicând diferențe reale între proteomele celor două surse de BMAC.

Pentru o clasificare mai robustă, cercetătorii au utilizat două versiuni ale algoritmului Support Vector Machine:

• SVM(linear) și

• SVM(rbf) (radial basis function).

Aceste modele au fost alese pentru capacitatea lor de a diferenția între două seturi complexe de date biologice și de a identifica modele proteice distincte între probele provenite din creasta iliacă și capul humeral.

Performanța modelelor SVM

Ambele modele au demonstrat performanțe solide:

• Acuratețe: 0.829 (SVM linear) și 0.847 (SVM RBF)

• Precizie: 0.808 și 0.792

• Recall (sensibilitate): 0.825 pentru ambele modele

• F1-score: 0.767 (linear) și 0.801 (RBF)

• AUC-ROC: 0.842 (linear) și 0.823 (RBF)

• Coeficientul Matthews (MCC): 0.685 pentru ambele

Performanțele au fost validate prin cross-validation în 10 pliuri, minimizând riscul de supraînvățare (overfitting).

Rezultate

Proteine diferențial exprimate

Analiza statistică a evidențiat mai multe proteine semnificativ diferențiate între cele două surse anatomice. Dintre acestea, șase proteine-cheie au fost identificate de ambele modele SVM (linear și RBF) drept determinante pentru clasificarea corectă a probelor:

• MCSF (Macrophage Colony-Stimulating Factor)

  • Implicat în proliferarea și diferențierea celulelor progenitoare medulare, esențial pentru maturarea osteoclastelor.

• CD14

  • Antigen de diferențiere monocitar, marker al celulelor mieloide. Participă la formarea osteoclastelor în prezența MCSF și RANKL.

• CD40

  • Moleculă costimulatoare implicată în maturarea celulelor B și în răspunsul inflamator mediat de limfocitele T.

• CD163

  • Receptor scavenger caracteristic macrofagelor M2, cu rol antiinflamator și proangiogenic.

• Ephrin-A4

  • Regulator negativ al activității osteoclastelor, implicat în formarea pericondrului și remodelarea osoasă.

• Matrilin-3

  • Proteină matricială esențială pentru dezvoltarea cartilajului și osificare, cu rol în diferențierea condrocitelor și în modularea factorilor de creștere (inclusiv BMP2).

Expresia diferențiată între cele două situri

Conform analizei semnalului fluorescent normalizat (Tabelul 7):

• CD14, CD40, CD163, Ephrin-A4 și Matrilin-3 au fost exprimate mai intens în BMAC-ul din capul humeral,

• în timp ce MCSF a avut o expresie ușor mai ridicată în probele din creasta iliacă (diferență de 5,4%).

Astfel, BMAC-ul din capul humeral prezintă un profil proteomic condrogenic și osteogenic, asociat proceselor de regenerare cartilaginoasă și osoasă, în timp ce BMAC-ul din creasta iliacă are un profil imunomodulator, reflectând particularitățile tisulare ale zonei de extracție.

Interpretare și implicații clinice

Diferențele observate între cele două surse anatomice pot fi explicate prin tipurile de țesuturi adiacente:

• Capul humeral face parte dintr-o articulație sinovială (glenohumerală) bogată în cartilaj și expusă proceselor de remodelare osoasă,

• Creasta iliacă servește drept zonă de atașare musculară, cu o predominanță a țesutului fibros și un aport redus de cartilaj.

Această particularitate ar putea influența compoziția proteomică a BMAC-ului extras din fiecare regiune, generând profiluri biologice specifice.

Rezultatele sugerează că alegerea locului de recoltare a BMAC ar putea fi adaptată scopului terapeutic:

• pentru regenerare osteocondrală, ar putea fi preferabil BMAC-ul din capul humeral,

• pentru efecte imunomodulatorii și antiinflamatorii, BMAC-ul din creasta iliacă ar putea fi mai adecvat.

Concluzii și direcții viitoare

Acest studiu reprezintă prima analiză proteomică comparativă a BMAC-ului provenit din creasta iliacă și din capul humeral, oferind dovezi că profilul proteic al BMAC depinde de locul anatomic de recoltare.

Folosind modele de învățare automată, autorii au identificat un set restrâns de șase proteine esențiale care pot fi utilizate pentru a distinge între cele două surse și pentru a înțelege diferențele lor biologice.

Cercetătorii subliniază că viitoarele direcții de studiu ar trebui să includă:

• integrarea datelor demografice ale pacienților (vârstă, sex, comorbidități),

• extinderea analizelor către alte regiuni anatomice,

• și explorarea relației dintre expresia proteică și eficiența clinică a BMAC în regenerarea țesuturilor.

În ansamblu, aceste descoperiri aduc o perspectivă nouă asupra personalizării terapiilor biologice, evidențiind potențialul ca locul de recoltare al BMAC să fie ales strategic în funcție de necesitățile regenerative și imunologice ale pacientului.