Ανίχνευση της προθυμοσίνης Α και του παράγοντα αναστολής της μετανάστευσης μακροφάγων σε περιπροσθετικές μεμβράνες από χαλαρές προθέσεις αρθροπλαστικής και μελέτη της συμμετοχής τους στους μηχανισμούς χαλάρωσης

Abstract

Τotal replacement operation is the insertion of an artificial joint of metal alloys and synthetic materials in the place of the damaged hip or knee joint. The major complication of total hip or knee replacement operations is aseptic loosening of endoprostheses, usually within 8 to 10 years from the initial operation. Loosening of arthroplasties is attributed to a combination of mechanical and biological processes. The general hypothesis is that wear particles are released from the implanted materials as a result of mechanical friction and stress. Wear particles stimulate macrophages, fibroblast-like cells and other cells in the adjacent pseudocapsular tissue (PCT) around the artificial joint and interface tissue (IFT) between the bone and implants, to produce cytokines like IL-1β, TNF-α and IL-6, growth factors such us PDGF and M-CSF, prostaglandin Ε2, and proteolytic enzymes -predominantly Metalloproteinases. These mediators act synergistically to stimulate periprosthetic osteolysis leading to aseptic loosening. However this model cannot fully explain bone resorption (via the in vitro experiments) thus it is speculated that other unidentified factors might be involved in the loosening mechanism. Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a unique 12.5kDa cytokine which possesses catalytic activities. It is produced by T-cells, macrophages and a variety of other cells. MIF has a well established role in the pathogenesis of Rheumatoid arthritis, inflammatory lung disease, septic shock and atherosclerosis. MIF action is directly proinflammatory as it has been shown to specifically induce TNF-α, IL-1, IL-6 IL-8, cPLA2, COX-2 expression and to up regulate MMP-1 and MMP-3, in synovial fibroblasts as well as MMP-9 and MMP-13 in rat osteoblasts. In macrophage cultures, MIF secretion was enhanced in the presence of micro particles from implanted materials while pretreatment with recombinant human MIF increased the phagocytic potential of these cells. Prothymosin α (ProTα) is a highly acidic 12.5kDa protein which can be found both in the intra and extra-cellular space. It’s intracellular role is related to cell growth, proliferation and apoptosis, and the extracellular one is related to various immunopharmacological functions such us the stimulation of ΝΚ cells, expression of IL-2 and it’s receptors, expression of HLA-DR and induction of TNF-α and IL-1β in PBMC from colon cancer. The purpose of this study was to ascertain the presence of ProTα and MIF in periprosthetic tissues and fluids and to investigate of their possible contribution to the mechanism of aseptic loosening of arthroplasties.

Η αρθροπλαστική είναι ορθοπαιδική χειρουργική μέθοδος αντικατάστασης, μιας κατεστραμμένης από διάφορους λόγους (ατύχημα, αρθρίτιδα) άρθρωσης γονάτου ή ισχίου, από μιά τεχνητή με προθέσεις από ειδικά κράματα και συνθετικά υλικά. Το κυριότερο πρόβλημα των αρθροπλαστικών είναι η άσηπτη χαλάρωση των προθέσεων, που συμβαίνει συνήθως μετά την πάροδο 8-10 ετών. Σήμερα πιστεύεται ότι η χαλάρωση των αρθροπλαστικών είναι αποτέλεσμα συνδυασμού μιάς σειράς μηχανικών και βιολογικών γεγονότων. Η αλληλουχία των γεγονόντων πιστεύεται ότι αρχίζει με την παραγωγή μικροσωματιδίων-προϊόντων φθοράς των εμφυτευμένων βιοϋλικών, λόγω μηχανικής τριβής και καταπόνησης, τα οποία απελευθερώνονται στον περιπροθετικό χώρο όπου και συσσωρεύονται με την πάροδο του χρόνου. Εκεί διεγείρουν τα κύτταρα των περιπροθετικών ιστών (ψευδοκάψουλας που περιβάλλει την ψευδοάρθρωση και περιπροθετικής μεμβράνης που αναπτύσεται μεταξύ οστού και εμφυτεύματος), μακροφάγα, ινοβλάστες κ.ά. να παράγουν κυτταροκίνες όπως IL-1β, TNF-α και IL-6, αυξητικούς παράγοντες όπως PDGF και M-CSF, προσταγλανδίνη Ε2 και πρωτεολυτικά ένζυμα, κυρίως μεεταλλοπρωτεϊνάσες του εξωκυτταρικού χώρου (ΜΜΡs). Η συνέργεια όλων αυτών των παραγόντων έχει ως αποτέλεσμα την περιπροθετική οστεόλυση, που υπερβαίνει την δημιουργία οστίτη ιστού, η οποία οδηγεί τελικά στη χαλάρωση των προθέσεων της αρθροπλαστικής. Όμως η ακριβής αλληλουχία και οι μηχανισμοί των βιοχημικών διεργασιών που οδηγούν στην χαλάρωση δεν έχουν ακόμα διελευκανθεί. Ο παράγοντας αναστολής της μετανάστευσης μακροφάγων (MIF) είναι μια ιδιάζουσα κυτταροκίνη, μοριακής μάζας 12.5kDa, με ιδιότητες ενζύμου. Παράγεται κυρίως από ενεργοποιημένα Τ-λεμφοκύτταρα και μακροφάγα αλλά και από άλλα, σχεδόν την πλειονότητα των κυττάρων του οργανισμού. Εμπλέκεται στην παθογένεια πολλών ασθενειών όπως, σηπτικό σόκ, φλεγμονώδεις διαταραχές πνευμόνων, ρευματοειδή αρθρίτιδα, αθηροσκλήρωση κ.ά. Εμφανίζει προφλεγμονώδη χαρακτήρα και ενεργοποιεί ή προάγει την έκφραση TNF-α, IL-1β, IL-2, IL-6, IL-8, IFN-γ και ΜΜΡs, και επάγει το μονοπάτι της COX-2. Διεγείρει την έκφραση IL-1β και των μεταλλοπρωτεϊνασών MMP-1 και ΜΜP-3 σε ινοβλάστες αρθρικού υμένα ασθενών με ρευματοειδή αρθρίτιδα και οστεοαρθρίτιδα, και των μεταλλοπρωτεϊνασών MMP-9 και MMP-13 σε οστεοβλάστες ποντικών. Με in vitro πειράματα έχει δειχθεί ότι o MIF απελευθερώνεται από μονοκύτταρα του περιφερικού αίματος σε καλλιέργεια παρουσία μικροσωματιδίων από τα βιοϋλικά, που χρησιμοποιούνται στις προθέσεις αρθροπλαστικών και διεγείρει τη συσσωμάτωση και ενεργοποίηση των κυττάρων αυτών. Η προθυμοσίνη α (ProTα) είναι ένα όξινο πολυπεπτίδιο, μοριακής μάζας 12.5kDa, που απαντάται τόσο ενδοκυτταρικά, και μάλιστα στον πυρήνα, όσο και εξωκυτταρικά, με πλήθος ιδιοτήτων. Ενδοκυτταρικά συμμετέχει στις διαδικασίες προόδου του κυτταρικού κύκλου και της απόπτωσης ενώ εξωκυτταρικά παρουσιάζει πολλές ανοσοφαρμακολογικές δράσεις, όπως η διέγερση των φυσικών φονικών κυττάρων ανθρώπου, η έκφραση της IL-2 και των υποδοχέων της, του HLΑ-DR και η επαγωγή του TNF-α και της IL-1β από μονοκύτταρα περιφερικού αίματος ασθενών με καρκίνο του παχέος εντέρου. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η διαπίστωση της παρουσίας ProTα και MIF στους περιπροθετικούς ιστούς και υγρά και η διερεύνηση της πιθανής συμβολής τους στους μηχανισμούς χαλάρωσης των αρθροπλαστικών.