Μελέτη της ετερότοπης οστεοποίησης νευρογενούς αιτιολογίας

Abstract

Ηeterotopic ossification is a relatively frequent phenomenon that leads to the formation of heterotopic osseous structures at points where soft molecules normally do exist. Heterotopic ossification can be induced after local lesion, neurological lesion, after surgical intervention in regions as the hips and the elbows, due to genetic causes in patients of very small ages and, finally, the phenomenon has been observed as distinct, reactive cases in upper or lower limbs. In this Thesis, pathophysiology and mechanisms of neurogenic heterotopic ossification were studied. Pathways of the phenomenon still unknown to date. What is thought to be the case in the formation of HO is the disturbance of balance of osteoblastic to osteoclastic activities, after the induction-Head injury in this situation. After Traumatic Brain Injury, osteoblastic activity is induced locally. During bone formation proteoglycans are produced and secreted. Glucozaminoglycans are attached on the side chains of Proteoglycans. Proteoglycans and Glycozaminoglycans constitute along with collageneous and non-collageneous proteins the major macromolecules of extracellular matrix. The purpose of our study was the characterization of proteoglycans and glycozaminoglycans of the heterotopic bone versus the normotopic bone towards the elucidation of their role in the heterotopic bone formation. On the other hand, a more detailed approach to the pathophysiology of the phenomenon requires cellular populations expressing osteoblastic activities to be observed and studied. This is done in peripheral blood of patients that had sustained traumatic brain injuries and being hospitalized within IC units. Same studies on cellular populations have been conducted in a rabbit animal model of traumatic brain injury. Chondroitin-Sulfate and Hyaluronate are the only glycozaminoglycans that have been observed in extracellular matrix of heterotopic bone as well as in normotopic one. Quantitative analyses, however, revealed that their total amount is 70% less compared to normotopic bone. The commonest form of dissacharites of chondroitin-sulfate is the one sulfated at 6-O. However, there is a significant quantitative difference between normotopic and heterotopic bone in 4-O sulfated as well as in non sulfated dissacharites. With regards to proteoglycans, aggrecan and decorin are present in extracellular matrix. Quantitative differences between normotopic and heterotopic bone do exist and reflect a possible alternative pathway of bone formation in the HO phenomenon. The studies on osteoblastic activities of peripheral blood after traumatic brain injury revealed that there is increased osteoblastic activity in CD-63 (+) population that peaks 6-10 days after the inciting event. Osteocalcin (+) population do exhibit increased osteoblastic activity as well which increases along with time. The system osteoprotegerin - sRANKL presents the following characteristics: osteoprotegerin is measurable and increases towards the end of measurements. sRANKL on the contrary is not measurable at any time following traumatic brain injury. Consequently, Traumatic Brain Injury does induce osteoblastic activity not only locally but also systemically. The deviation of osteoblastic activity towards heterotopic ossification requires studies of bigger sample of patients, probably to the level of differential gene expression of cellular cultures derived from patients having sustained neurotrauma.

Η ετερότοπη οστεοποίηση είναι ένα όχι σπάνιο φαινόμενο που οδηγεί σε δημιουργία οστικών δομών σε σημεία που φυσιολογικά υπάρχουν μαλακά μόρια. Ετερότοπη οστεοποίηση μπορεί να προκληθεί κατόπιν τοπικού τραύματος, κατόπιν νευρολογικού τραύματος, ύστερα από χειρουργική επέμβαση σε περιοχές όπως τα ισχία και οι αγκώνες, λόγω γενετικού υποστρώματος σε ασθενείς πολύ μικρών ηλικιών και τέλος αντιδραστικές ετερότοπες οστεοποιήσεις άνω ή κάτω άκρων. Στην παρούσα διατριβή προσεγγίστηκε η νευρογενούς αιτιολογίας ετερότοπη οστεοποίηση, κυρίως κατόπιν ΚΕΚ. Ο παθοφυσιολογικός μηχανισμός του φαινομένου είναι εν πολλοίς άγνωστος και αυτό που θεωρείται δεδομένο είναι η διαταραχή του ισοζυγίου οστεοβλαστικής – οστεοκλαστικής δραστικότητας κατόπιν της δράσης του επαγωγικού παράγοντα. Ύστερα από τη δράση του επαγωγικού παράγοντα – στη συγκεκριμένη περίπτωση της ΚΕΚ – αυξάνεται η οστεοβλαστική δραστηριότητα τοπικά. Κατά το σχηματισμό του οστού λοιπόν, παράγονται και εκκρίνονται πρωτεογλυκάνες στις αλυσίδες των οποίων προσκολλώνται οι γλυκοζαμινογλυκάνες. Πρωτεογλυκάνες και γλυκοζαμινογλυκάνες συναποτελούν μαζί με τις κολλαγονικές και μη κολλαγονικές πρωτεΐνες, τα τρία κύρια είδη μακρομορίων του εξωκυττάριου δικτύου του οστού. Σκοπός της μελέτης μας ήταν αφενός η μελέτη των πρωτεογλυκανών και γλυκοζαμινογλυκανών στο ετερότοπο οστό σε αντιδιαστολή με φυσιολογικό-ορθότοπο οστό προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος τους στην δημιουργία του φαινομένου της ετρότοπης οστεοποίησης. Αφετέρου για να διερευνηθεί καλύτερα ο παθοφυσιολογικός μηχανισμός του φαινομένου, μελετήθηκαν κυτταρικοί πληθυσμοί με οστεοβλαστική δραστηριότητα στο περιφερικό αίμα ασθενών που είχαν υποστεί ΚΕΚ και νοσηλεύονταν στη ΜΕΘ, καθώς και πειραματοζώων κατόπιν τεχνητής επαγωγής Κρανιοεγκεφαλικής Βλάβης. Η θειική χονδροϊτίνη και το υαλουρονικό οξύ είναι οι μοναδικοί τύποι γλυκοζαμινογλυκανών στο εξωκυττάριο δίκτυο ετερότοπου οστού όπως και στο φυσιολογικό. Εντούτοις, το ολικό ποσό τους είναι κατά 70% μικρότερο σε σύγκριση με αυτό του φυσιολογικού οστού. Διαφορετική είναι και η εκατοστιαία αναλογία αυτών των μακρομορίων. Η επικρατούσα μορφή δισακχαρίτη θειικής χονδροϊτίνης είναι η θειωμένη στην θέση 6. Ωστόσο η ποσοτική διαφοροποίηση από το φυσιολογικό οστό τόσο στους 4 θειωμένους όσο και στους μη θειωμένους δισακχαρίτες είναι υπαρκτή σε όλα τα ετερότοπα δείγματα. Από πλευράς πρωτεογλυκανών η αγγρικάνη και η διακοσμητίνη είναι ποιοτικά παρούσες στο εξωκυττάριο δίκτυο οστίτη ιστού. Επομένως, ποσοτικές διαφοροποιήσεις στο ετερότοπο οστό σε αντιδιαστολή με το φυσιολογικό είναι υπαρκτές και αυτή η διαφοροποίηση πιθανώς αντικατοπτρίζει διαφορετικές ενζυμικές δραστηριότητες στο φαινόμενο της ετερότοπης οστεοποίησης. Στη μελέτη των κυτταρικών πληθυσμών με οστεοβλαστική δραστηριότητα στο περιφερικό αίμα διαπιστώνονται τα ακόλουθα: Αυξημένη οστεοβλαστική δραστηριότητα στους πληθυσμούς CD-63(+) η οποία εμφανίζει κορυφή στις 6-10 ημέρες μετά την ΚΕΚ. Αυξανόμενη οστεοβλαστική δραστηριότητα πληθυσμών κυττάρων osteocalcin (+) σε όλες τις μετρήσεις μετά την ΚΕΚ. Το σύστημα οστεοπροτεγερίνης – sRANKL εμφανίζει τα εξής χαρακτηριστικά: η osteoprotegerin είναι μετρήσιμη και αυξάνει προς το τέλος των μετρήσεων. Το sRANKL απεναντίας δεν είναι μετρήσιμο σε καμία χρονική στιγμή κατόπιν της ΚΕΚ. Τα παραπάνω συνεπάγονται ότι η ΚΕΚ είναι παράγων επαγωγής οστεοβλαστικής δραστηριότητας όχι μόνο τοπικά αλλά και συστηματικά. Η εκτροπή της οστεοβλαστικής δραστηριότητας προς δημιουργία ετερότοπης οστεοποίησης χρήζει μελέτης μεγαλυτέρου δείγματος ασθενών και πιθανότατα και σε επίπεδα γονιδιακής έκφρασης κυτταρικών καλλιεργειών ασθενών κατόπιν ΚΕΚ.