Στο Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα στο Χάντσβιλ (UAH), μέρος του Συστήματος του Πανεπιστημίου της Αλαμπάμα, οι ερευνητές εντόπισαν μια πολλά υποσχόμενη νέα χρήση για συνεχή υπερηχογράφημα χαμηλής έντασης που μπορεί μια μέρα να βοηθήσει στη θεραπεία των τραυματισμών των αρθρώσεων και στη μείωση του κινδύνου μετατραυματικής οστεοαρθρίτιδας. Τα ευρήματά τους υποδηλώνουν ότι η μη επεμβατική προσέγγιση μπορεί να κατευθύνει το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος μακριά από τη χρόνια φλεγμονή και προς την επισκευή των ιστών, παρέχοντας μια στρατηγική χωρίς φάρμακα για τη βελτίωση της επούλωσης.
Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Επιστημονική έκθεσηΕπικεφαλής της ήταν η Δρ Anuradha Subramanian, Καθηγήτρια Χημικής Μηχανικής και Μηχανικής Υλικών. Συνδυάζει τη βιολογική έρευνα που διεξήχθη από τον Δρ. Shahid Khan κατά τη διάρκεια των διδακτορικών του σπουδών και την υπολογιστική και στατιστική ανάλυση που αναπτύχθηκε από τον Dr. Satyaki Roy, καθηγητή μαθηματικών επιστημών, με τις συνεισφορές του μεταπτυχιακού φοιτητή Wayne Tripani. Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας μέσω επιχορήγησης R01 που χορηγήθηκε στον Subramanian.
Πώς ο υπέρηχος επηρεάζει τα κύτταρα του ανοσοποιητικού
Η ομάδα επικεντρώθηκε στα μακροφάγα, εξειδικευμένα κύτταρα του ανοσοποιητικού που παίζουν βασικούς ρόλους τόσο στη φλεγμονή όσο και στην επισκευή των ιστών, για να κατανοήσει πώς ανταποκρίνονται στον συνεχή υπέρηχο χαμηλής έντασης.
«Μετά από τραυματισμό, το σώμα στρατολογεί φλεγμονώδεις «αμυντικούς» μακροφάγους (M1) για να καθαρίσει τον κατεστραμμένο ιστό και τα μακροφάγα επούλωσης (M2) για επισκευή και αποκατάσταση», εξηγεί ο Subramanian. «Η επίμονη επικράτηση των αμυντικών μακροφάγων μπορεί να δημιουργήσει ένα παρατεταμένο φλεγμονώδες περιβάλλον που συμβάλλει στη μετατραυματική οστεοαρθρίτιδα».
Οι ερευνητές ήθελαν να προσδιορίσουν εάν ο υπέρηχος θα μπορούσε να ενθαρρύνει αυτά τα κύτταρα του ανοσοποιητικού να μεταβούν από μια φλεγμονώδη κατάσταση σε μια κατάσταση που προάγει την επούλωση.
«Σε κατάσταση «Μ1», τα μακροφάγα προάγουν τη φλεγμονή για να καταπολεμήσουν τη βλάβη ή τη μόλυνση, αλλά η παρατεταμένη δραστηριότητα του Μ1 μπορεί επίσης να βλάψει τον υγιή ιστό», σημειώνει ο Subramanian. “Αντίθετα, τα μακροφάγα τύπου M2 υποστηρίζουν την επισκευή και την ανάκτηση των ιστών. Η μετατόπιση των μακροφάγων σε κατάσταση τύπου Μ2 είναι σημαντική, καθώς μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της χρόνιας φλεγμονής ενώ προάγει την επούλωση σε κατεστραμμένες αρθρώσεις. Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν ότι ο συνεχής υπερηχογράφημα χαμηλής έντασης μπορεί να βοηθήσει στην αποκατάσταση αυτής της ισορροπίας προωθώντας περαιτέρω την απόκριση των μακροφάγων.”
Ο Roy είπε ότι η χρόνια φλεγμονή είναι ένας σημαντικός παράγοντας στην ανάπτυξη μετατραυματικής οστεοαρθρίτιδας.
«Η μετατραυματική οστεοαρθρίτιδα οφείλεται εν μέρει σε επίμονη φλεγμονή που περιορίζει την επισκευή των ιστών και επιταχύνει τον εκφυλισμό των αρθρώσεων», πρόσθεσε ο Roy. «Η ομάδα μας συνεχίζει να ενδιαφέρεται για τον υπέρηχο χαμηλής έντασης επειδή προσφέρει μια μη φαρμακολογική, μη επεμβατική προσέγγιση που μπορεί να βοηθήσει στη ρύθμιση της συμπεριφοράς των κυττάρων του ανοσοποιητικού και να προωθήσει ένα πιο επανορθωτική θεραπευτική περιοχή σε τραυματισμένες αρθρώσεις».
Ένα πιο ρεαλιστικό μοντέλο τραυματισμού της άρθρωσης
Προκειμένου να αποκατασταθούν καλύτερα οι συνθήκες μέσα σε μια τραυματισμένη άρθρωση, οι ερευνητές βασίστηκαν σε θραύσματα φιμπρονεκτίνης, αντί να χρησιμοποιούν μόνο συμβατικές εργαστηριακές μεθόδους για να προκαλέσουν φλεγμονή, μόρια που δημιουργούνται ως αποτέλεσμα της διάσπασης κατεστραμμένου ιστού. Αυτή η προσέγγιση έχει δημιουργήσει ένα μοντέλο που αντικατοπτρίζει πιο στενά το βιολογικό περιβάλλον που αναπτύσσεται μετά από έναν τραυματισμό της άρθρωσης.
Η ομάδα συνδύασε επίσης τη μεταγραφική, τη μεγάλης κλίμακας μελέτη της γονιδιακής δραστηριότητας, με μια προηγμένη υπολογιστική μέθοδο γνωστή ως διαφορική ομαδοποίηση. Αντί να αναλύει τα γονίδια ένα προς ένα, αυτή η τεχνική προσδιορίζει ομάδες γονιδίων των οποίων η συμπεριφορά αλλάζει μαζί, παρέχοντας μια ολοκληρωμένη εικόνα του πώς τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος ανταποκρίνονται στη θεραπεία με υπερήχους.
«Αυτό μας επέτρεψε να μελετήσουμε όχι μόνο ποια γονίδια άλλαξαν, αλλά και πώς ομάδες γονιδίων άλλαξαν τη συντονισμένη συμπεριφορά τους ως απόκριση στη διέγερση με υπερήχους», είπε ο Ρόι.
Τα πρώιμα αποτελέσματα δείχνουν μείωση της φλεγμονής
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο συνεχής υπερηχογράφημα χαμηλής έντασης μείωσε τους βιολογικούς δείκτες που σχετίζονται με τη φλεγμονή, ενώ αύξανε τους δείκτες που σχετίζονται με μια πιο επανορθωτική κατάσταση μακροφάγου τύπου M2.
Αν και η έρευνα εξακολουθεί να περιορίζεται σε εργαστηριακά πειράματα, τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι μη φαρμακευτικές, μη επεμβατικές τεχνολογίες θα μπορούσαν τελικά να χρησιμοποιηθούν για να επηρεάσουν τη συμπεριφορά των κυττάρων του ανοσοποιητικού και να βελτιώσουν την επούλωση μετά από τραυματισμό των αρθρώσεων. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η τεχνική θα μπορούσε να γίνει μέρος μελλοντικών θεραπειών που έχουν σχεδιαστεί για να επιβραδύνουν την εξέλιξη της οστεοαρθρίτιδας και να βελτιώσουν την ανάρρωση μετά από τραύμα στις αρθρώσεις.
«Τα επόμενα βήματα θα περιλαμβάνουν την επικύρωση αυτών των ευρημάτων σε ζωικά μοντέλα πρώιμης μετατραυματικής οστεοαρθρίτιδας και τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο η διαμόρφωση με βάση τον υπέρηχο επηρεάζει τη μακροπρόθεσμη αποκατάσταση ιστού σε περιβάλλοντα τραυματισμού των αρθρώσεων», είπε ο Subramanian.
