Development of methodology for the study of synovial fluid and its application in regenerative medicine in osteoarthritis
Authors: Ρίζος Ελευθέριος 
Published: July 2022

Η οστεοαρθρίτιδα (ΟΑ) είναι μία χρόνια, προοδευτική, εκφυλιστική ασθένεια των αρθρώσεων, η οποία χαρακτηρίζεται από τη καταστροφή του αρθρικού χόνδρου, προκαλώντας πόνο, οίδημα και περιορισμένη κινητικότητα στις αρθρώσεις. Στους ανθρώπους, η ΟΑ αποτελεί την πιο κοινή σοβαρή ασθένεια που προκαλεί κινητικά προβλήματα, επιβαρύνοντας σημαντικά τα εθνικά συστήματα υγείας. Παράλληλα, συνιστά μεγάλη πρόκληση στην ορθοπεδική των ίππων, διότι μπορεί να αποτελέσει την αιτία για περιορισμό της καριέρας ενός αθλητή-ίππου, ακόμη και τερματισμό της, λόγω χωλότητας. Το αρθρικό υγρό (ΑΥ), που είναι ένα σημαντικό βιολογικό υλικό για τους ζωντανούς οργανισμούς, αποτελεί ένα από τα πιο κρίσιμα συστατικά των αρθρώσεων για τη σωστή λειτουργία και ευεξία τους. Το ΑΥ είναι ένα εξαιρετικά απαιτητικό βιολογικό υλικό ως προς την εξέτασή του, καθώς οι χαρακτηριστικές ιδιότητές του πηγάζουν από τη ξεχωριστή μοριακή δομή που διαθέτει, ήτοι το σύμπλεγμα υαλουρονικού οξέος – πρωτεογλυκανών. Σε κανονικές συνθήκες, το ΑΥ προστατεύει τον αρθρικό χόνδρο από το βάρος που δέχεται, απορροφώντας τις πιέσεις που εφαρμόζονται πάνω του λόγω της κίνησης, λιπαίνοντας παράλληλα τις επιφάνειες του, αποτελώντας ταυτόχρονα και την πηγή των συστατικών του.Στη παρούσα μελέτη, σχεδιάστηκε και εφαρμόστηκε για πρώτη φορά ένα λεπτομερές πειραματικό πρωτόκολλο, με σκοπό τον όσο το δυνατό πιο αξιόπιστο ποσοτικό ρεολογικό χαρακτηρισμό του αρθρικού υγρού των ίππων, επιτρέποντας τη συλλογή πλήρως αναπαραγόμενων αποτελεσμάτων απαλλαγμένων από αρκετά συστηματικά λάθη. Πραγματοποιήθηκε δηλαδή μία ολιστική ρεολογική μελέτη με συστηματικό και εμπεριστατωμένο τρόπο, στους 25 °C (θερμοκρασία δωματίου) και 37.5 °C (φυσιολογική θερμοκρασία του ίππου), βασισμένη σε μια διεπιστημονική προσέγγιση συνδυάζοντας λεπτομερείς ρεολογικές, κυτταρολογικές και βιοχημικές αναλύσεις. Ένας αρκετά επαρκής αριθμός συνολικά 130 δειγμάτων ΑΥ ίππων (44 υγιή και 86 παθολογικά) αναλύθηκαν με αυτόν τον τρόπο, περιλαμβάνοντας 2 φυλές ίππων (Warmblood and Thoroughbred) και 3 τύπους αρθρώσεων (μετακάρπιοφαλαγγική, μεσοκαρπική και 2η -μεσοφαλαγγική), προκειμένου να επιτραπεί η στατιστική τους ανάλυση.Από μελέτες σταθερής κατάστασης επιβεβαιώθηκε ότι το ΑΥ των ίππων είναι μηΝευτωνικό υγρό, με ισχυρή συμπεριφορά διατμητικής λέπτυνσης που μπορεί να προσoμοιωθεί καλά με εμπειρικά ρεολογικά μοντέλα, όπως το Williamson, με μηδενικό ιξώδες η0 της τάξης μεγέθους του 50-500 mPa·s στην υγιή του κατάσταση, το οποίο μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Οι ταλαντευτικές μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν μπορούν να προσομοιωθούν ικανοποιητικά από το μοντέλο του Maxwell και να βεβαιώσουν ότι το ΑΥ των ίππων συμπεριφέρεται σαν ένα κλασικό ιξωδοελαστικό υλικό˙ δηλαδή, οι ιδιότητές του βρέθηκαν να εξαρτώνται ισχυρά από τη συχνότητα ταλάντωσης της εφαρμοζόμενης τάσης παραμόρφωσης, συμπεριφερόμενο ως ιξώδες υγρό στις χαμηλές συχνότητες, το οποίο μετατρέπεται σε ένα παροδικό, εύθραυστο, ευέλικτο τρισδιάστατο δίκτυο που μοιάζει με γέλη στις υψηλές συχνότητες. Για παράδειγμα, στην τυπική συχνότητα βαδίσματος, το μέτρο ελαστικότητας G' και το μέτρο αποθήκευσης G" στην υγιή κατάσταση βρέθηκαν να είναι της τάξης μεγέθους των 70 mPa και 90 mPa αντίστοιχα. Η εντυπωσιακή εφαρμογή του κανόνα των Cox-Merz, στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων, τεκμηρίωσε περαιτέρω την καλή ποιότητα των αποτελεσμάτων και διεύρυνε το παράθυρο των συχνοτήτων που μπορούν να μελετηθούν αξιόπιστα.Με τη συγκριτική ανάλυση προέκυψε μια σειρά από πιθανά ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Κατ’ αρχάς, οι ποσοτικές ρεολογικές ιδιότητες του ΑΥ στην υγιή του κατάσταση φαίνεται να εξαρτώνται από τον τύπο της άρθρωσης ακολουθώντας την εξής σειρά: μετακαρποφαλαγγική > μεσοκαρπική > μεσοφαλαγγική άρθρωση, υποδηλώνοντας ανεπαίσθητες διαφορές στον βιολογικό ρόλο του ΑΥ στις διάφορες αρθρώσεις του σώματος καθώς και διαφορετικές προδιαθέσεις για ΟΑ. Δεύτερον, οι ποσοτικές ιδιότητες του ΑΥ στην υγιή του κατάσταση φαίνεται επίσης να εξαρτώνται από τη φυλή των ίππων, με τα Warmblood να χαρακτηρίζονται από υψηλότερες τιμές ιδιοτήτων, σε σύγκριση με τους αθλητικούς ίππους ιπποδρομιών Thoroughbred που χαρακτηρίζονται από χαμηλές τιμές ιδιοτήτων ΑΥ. Αυτό το φαινοτυπικό αποτέλεσμα είναι εύλογο ότι είναι απόρροια της διαφορετικής γενετικής σύνθεσης των δύοφυλών. Τρίτον, κάθε δείγμα ΑΥ από υγιή άρθρωση ενός συγκεκριμένου ίππου βρέθηκε να έχει τη δική του ταυτότητα, η οποία παραμένει σταθερή εντός ενός χρονικού πλαισίου μελέτης 2 μηνών, πιθανώς λόγω ομοιοστατικών μηχανισμών. Είναι ενθαρρυντικό το γεγονός ότι η επαναλαμβανόμενη αρθροκέντηση της ίδιας υγιούς άρθρωσης δεν φαίνεται να επηρεάζει με κανένα αξιοσημείωτο τρόπο την ποιότητα του ΑΥ που περιέχει. Επιπλέον, τις περισσότερες φορές, αλλά όχι πάντα, οι αρθρώσεις του αριστερού και δεξιού άκρου του ίδιου ίππου περιέχει ΑΥ με σχεδόν πανομοιότυπες ιδιότητες.Οι μέσες τιμές των ρεολογικών παραμέτρων των οστεοαρθριτικών αρθρώσεων των ίππων χαρακτηρίστηκαν από πολύ υψηλότερες τυπικές αποκλίσεις σε σύγκριση με αυτών των υγιών, αντανακλώντας πιθανώς τα διάφορα στάδια της ασθένειας. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, τα δείγματα οστεοαρθριτικού αρθρικού υγρού είχαν σημαντικά χαμηλότερες ρεολογικές ιδιότητες σε σύγκριση με τα υγιή για την ίδια φυλή και τύπο άρθρωσης, συνοδευόμενα από ταυτόχρονη πτώση της συγκέντρωσης υαλουρονικού οξέος. Η ποιότητα του ΑΥ από οστεοαρθριτικές αρθρώσεις βρέθηκε να επιδεινώνεται περαιτέρω με την πάροδο του χρόνου κατά τη διάρκεια 1+ έτους. Οι οστεοαρθρικές αρθρώσεις του αριστερού και δεξιού άκρου του ίδιου ζωικού μοντέλου βρέθηκαν να περιέχουν ΑΥ με αξιοσημείωτες διαφορετικές ιδιότητες, που πιθανώς να αντανακλούν περισσότερο ή λιγότερο προχωρημένη ΟΑ στις αντίστοιχεςαρθρώσεις του ίδιου οργανισμού. Τόσο για τα υγιή, όσο και για τα οστεοαρθριτικά δείγματα του αρθρικού υγρού, εκτός από τις ανεξάρτητες μεταβλητές του Φύλου και της Φυλής, η Ηλικία και το Βάρος επηρεάζουν επίσης τη ρεολογία τους.Η in vivo θεραπεία των οστεοαρθιτικών αρθρώσεων των ίππων με ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ενέσιμο ιατρικό σκεύασμα ιξωδοαναπλήρωσης με βάση το υαλουρονικό οξύ (Προϊόν 1) έδειξε θετική επίδραση στο ΑΥ βραχυπρόθεσμα (έως και μία εβδομάδα), ωστόσο δεν παρατηρήθηκαν θετικά μεσοπρόθεσμα και μακροπρόθεσμα αποτελέσματα (έως 8+ εβδομάδες). Από την άλλη πλευρά, παρόμοια in vivo παρέμβαση σε υγιείς αρθρώσεις ίππων, δεν είχε θετικό αποτέλεσμα βραχυπρόθεσμα έως και μεσοπρόθεσμα, αλλά ήπιο θετικό αποτέλεσμα μακροπρόθεσμα (8+ εβδομάδες). Αυτό μπορεί να είναι ενδεικτικό μίας αναγεννητικής ικανότητας στους περιβάλλοντες ιστούς, βοηθώντας στην προστασία τους από την εμφάνιση ΟΑ. Αντίθετα, η in vivo θεραπεία των οστεοαρθρικών αρθρώσεων των ίππων με το δημοφιλές ενέσιμο σκεύασμα κορτικοστεροειδών (βηταμεθαζόνη) προκάλεσε σημαντική επιδείνωση του ΑΥ βραχυπρόθεσμα έως μεσοπρόθεσμα, ενώ άρχισε να αναρρώνει μακροπρόθεσμα (8+ εβδομάδες). Φαίνεται πιθανό ότι το παυσίπονο βηταμεθαζόνη προκάλεσε χημική διάσπαση των συστατικών του ΑΥ βραχυπρόθεσμα έως μεσοπρόθεσμα. Η ποσοτική σύγκριση του υγιούς καθώς και του οστεοαρθριτικού ΑΥ των ίππων με αυτό του ανθρώπου, έδειξε ότι το ανθρώπινο ΑΥ, παραδόξως, έχει 1 έως 2 τάξεις μεγέθους υψηλότερες τιμές ρεολογικών ιδιοτήτων σε σύγκριση με αυτό των ίππων, αλλά με τα ίδια ποιοτικάχαρακτηριστικά.Τα ευρήματα της παρούσας έρευνας παράγουν μια ποσοτική βάση δεδομένων ρεολογικών τιμών που επιτρέπει αυτή η προσέγγιση να γίνει ένα συμπληρωματικό εργαλείο στην ιατρική και κτηνιατρική πρακτική, για την αξιολόγηση της κατάστασης της άρθρωσης, την τάση της για εμφάνιση ΟΑ, την καθυστέρηση εμφάνισης ΟΑ, την αξιολόγηση ποσοτικά in vivo θεραπευτικών παρεμβάσεων με εξατομικευμένο τρόπο, ειδικά για τις αρθρώσεις, καθώς και για το σχεδιασμό νέων θεραπευτικών, ελάχιστα επεμβατικών παρεμβάσεων για την αναγέννηση των αρθρικών ιστών.