Do ovog trenutka u svijetu je objavljeno preko 30 studija na temu regeneracije oštećenog tkiva primjenom matičnih stanica. Kako je već spomenuto u prethodnim redcima, moderan sportaš teško se nosi s ozljedama koje mu na duži period vremena onemogućuju bavljenje sportom. Takvo razmišljanje odlika je i profesionalnih i amaterskih i rekreativnih sportaša, uz razliku u motivaciji između tih grupa sportaša. Naime, profesionalni sportaš najčešće se želi što prije vratiti u natjecateljski ritam jer mu svaka duža pauza u pitanje dovodi karijeru, a samim time i egzistenciju. Istovremeno, dodatan pritisak stvaraju i mediji, sponzori te vlasnici klubova koji gube novac ukoliko najbolji sportaši nisu u mogućnosti sudjelovati u natjecanju. Taj pritisak često je usmjeren ne samo na medicinske djelatnike koji brinu o ozlijeđenom sportašu, nego i na same sportaše, koji nerijetko počinju sami sebe kriviti za ozljedu te se u najkraćem roku žele vratiti natjecanju ne razmišljajući o potencijalnim dugoročnim posljedicama. Iz tog razloga, primjena matičnih stanica u liječenju različitih vrsta sportskih ozljeda posljednjih godina doživljava veliku ekspanziju, budući da postoje dokazi da njihova primjena ne samo da ubrzava oporavak od različitih vrsta ozljeda, nego omogućuje i da taj oporavak bude kvalitetniji, čime se istovremeno s liječenjem ozljede vrši i prevencija njihovog ponovnog nastanka.

Mišići

            Ozljede skeletnih mišića spadaju među najčešće ozljede povezane sa sportom i sportskom aktivnošću. Ujedno se radi i o skupini ozljeda koje često rezultiraju dugotrajnim oporavkom i izbivanjem iz natjecateljskog sporta. Nadalje, uz činjenicu da se radi o ozljedama koje su neugodne same po sebi, dodatna opasnost leži i u njihovom neadekvatnom liječenju, odnosno nedovoljno dugom vremenu mirovanja nakon ozljede, što je čest slučaj među sportašima zbog njihove nestrpljivosti i želje za što bržim povratkom treningu. Naime, pri svakoj ozljedi mišića dolazi do reorganizacije terminalno diferenciranih stanica koje taj mišić izgrađuju, a na samom mjestu ozljede često nastaje fibrozno ožiljkasto tkivo koje, ukoliko je neprepoznato i neadekvatno sanirano, predstavlja značajan faktor rizika za pojavu recidiva (1).

Istraživanja provedena u nekoliko različitih sportova pokazuju da su ozljede mišića najčešća vrsta ozljeda pretrpljenih prilikom prakticiranja sporta i čine između 23% i 46% svih sportskih ozljeda (2). Čak 95% ozljeda mišića sijelo ima u donjem ekstremitetu, a najčešće su zahvaćeni mišići stražnje lože, aduktori, kvadricepsi i listovi.

Liječenje ozljeda mišića matičnim stanicama tema je nekoliko znanstvenih studija, evaluiranih u nastavku teksta. Ciljevi takvih studija su utvrđivanje kriterija za primjenu matičnih stanica (u kojim će se okolnostima takva terapija primjenjivati i kod kakvih ozljeda), određivanje optimalnog vremenskog perioda nakon nastanka ozljede u kojem će učinak matičnih stanica biti najjači, određivanje vremenskih intervala u kojima će se terapija primjenjivati (ukoliko se terapija primjenjuje u više navrata), vrsta matičnih stanica koje će se primjenjivati, utvrđivanje mehanizma njihova djelovanja na oštećeno tkivo te evaluacija učinka koje njihova primjena donosi.

Mezenhimalne matične stanice koštane srži (BM-MSC) dugo su vremena bile atraktivna meta istraživanja regenerativne medicine. Njihov potencijal istražitelji su odredili na temelju poznavanja mehanizma njihovog djelovanja, a koji uključuje migraciju na mjesto oštećenja mišića i diferencijaciju u mišićnu stanicu. Jedno takvo istraživanje provedeno je u Italiji 1998., a uključivalo je aplikaciju BM-MSC-a u genetički obrađene miševe. Istražitelji su došli do zaključka kako direktnom aktivnošću ovih stanica (njihovom diferencijacijom u miocite) nema značajnijeg učinka na oštećeno mišićno tkivo (3).

Nasuprot tome, jedno istraživanje došlo je do zaključka kako nesatelitske, nemiogene matične stanice, koje se nalaze u samom mišiću, na svojoj površini mogu sadržavati markere specifične upravo za BM-MSC i da se poticanjem ekspresije tih stanica može ostvariti značajan učinak na reparaciju oštećenog tkiva, ponajviše poticanjem proliferacije i produživanjem životnog vijeka okolnih terminalno diferenciranih miocita (4). Rezultati istraživanja provedenog 2002. godine u SAD-u ukazuju na značajan indirektni učinak kojeg BM-MSC mogu imati (5). Naime, ranije je spomenuto kako učinak mezenhimalnih matičnih stanica na oštećeno tkivo može biti direktan (diferencijacija u ciljano tkivo) i indirektan (poticanje lokalnih multipotentnih matičnih stanica na diferencijaciju i poticanje terminalno diferenciranih stanica u neposrednoj okolini na proliferaciju te produživanje njihovog životnog vijeka). Čini se kako se upravo na indirektnom učinku spomenutih matičnih stanica može temeljiti njihova buduća primjena.

Postoje indicije kako su mezenhimalne matične stanice derivirane iz masnog tkiva (AD-MSC) učinkovitije u odnosu na one derivirane iz koštane srži (BM-MSC). U prilog toj činjenici govori istraživanje provedeno 2012. godine u Kanadi, gdje je primjenom tih stanica kod tri pacijenta s različitim oblicima miopatija postignuto poboljšanje njihove kliničke slike (6).

Matične stanice derivirane iz samih mišića (MDSC) također pokazuju određeni potencijal za buduću primjenu u liječenju sportskih ozljeda. 2011. godine objavljena je studija u kojoj su istražitelji aplicirali MDSC u oštećeni m.tibialis anterior kod genetski obrađenih miševa. Miševi su zatim podijeljeni u nekoliko skupina, pri čemu su neki dobili injekciju MDSC već prvi dan nakon ozljede, neki četiri dana nakon, neki sedam dana nakon, a neki u sva tri navedena dana. Miševima kojima su MDSC aplicirane četiri dana nakon ozljede izmjerena je povišena koncentracija faktora rasta vaskularnog endotela (VEGF), dok su miševi koji su injekcije MDSC dobili i četvrti i sedmi dan nakon ozljede pokazivali i znakove smanjene fibroze oštećenog dijela mišića. Ovi podaci govore u prilog činjenici da MDSC potiču angiogenezu i smanjuju fibrozu ozlijeđenog dijela mišića, čime se smanjuje mogućnost recidiva (7).

Hwang i suradnici u svojoj su studiji objavljenoj 2013. godine dokazali pozitivan učinak matičnih stanica deriviranih iz masnog tkiva (ADSC). Primjenom ADSC-a postigli su potpuno zacjeljivanje rupture ozlijeđenog mišića, čime je dokazan njihov funkcionalni, neovaskularni i neuromuskularni regeneracijski učinak na oštećeni mišić, što u konačnici sugerira da bi terapija ovim stanicama mogla biti obećavajući prospekt za liječenje sportskih ozljeda u bliskoj budućnosti (8).

Naposlijetku, studija objavljena 2015. godine pokazala je, nakon primjene BM-MSC, prisutnost zrelih mišićnih vlakana u prethodno oštećenom mišiću samo 28 dana nakon inicijalne traume. Histološkom analizom tkiva ustanovljeno je kako su se primijenjene BM-MSC u potpunosti integrirale u mišićno tkivo, što u konačnici sugerira kako transplantacija matičnih stanica na mjesto oštećenja tkiva značajno ubrzava povratak potpune mišićne funkcije (9).

Tetive

Gotovo 30% svih liječničkih konzultacija vezanih uz lokomotorni sustav otpada na ozljede tetiva i ligamenata. 4 milijuna novih slučajeva godišnje koje vežemo uz ova dva entiteta predstavljaju značajan teret društvu, zdravstvenom sustavu te svjetskoj ekonomiji (10). Konvencionalne metode liječenja najčešće uključuju kirurško zbrinjavanje ozljeda različitim tehnikama, ali uz česte recidive.

Zacjeljivanje tetive nakon ozljede odvija se u četiri faze: upalna faza, proliferativna faza, faza remodeliranja i faza konačnog modeliranja (11). Upalna faza započinje migracijom eritrocita i neutrofila na mjesto ozljede. Odmah nakon njih, povećava se razina monocita i makrofaga, koji izlučivanjem citokina i drugih upalnih medijatora uzrokuju upalnu reakciju na mjestu ozljede. Paralelno s time, započinje lučenje faktora rasta, u prvom redu faktora rasta koji započinju angiogenezu te sintezu kolagena tipa III. U proliferativnoj fazi na mjestu ozljede nakupljaju se fibroblasti, koji svojim djelovanjem stvaraju fibrozno, ožiljkasto tkivo, čime se ponovno stječe kontinuitet tkiva. Faza remodeliranja obilježena je nakupljanjem visokih razina kolagena tipa III, vode i glikozaminoglikana. U posljednjoj, četvrtoj fazi, fazi konačnog modeliranja, koja započinje najčešće oko šest tjedana nakon ozljede, tkivo se preoblikuje u oblik kakav je imalo prije oštećenja.

Međutim, iako se radi o procesu iznimne kompleksnosti i trajanja, novoformirana tetiva ni izbliza nema snagu kakvu je imala prije svog oštećenja. Jedno istraživanje iz 2000. godine pokazalo je da novoformirana tetiva ima samo 56.7% tenzilne snage kakvu je imala prije rupture, odnosno da je za re-rupturu potrebna sila u iznosu od samo 56.7% sile potrebne za puknuće zdrave, neoštećene tetive (12). Dodatno, novoformirana tetiva ima manju snagu (80% zdrave), labavija je (80% zdrave) te joj modul elastičnosti iznosi samo 40% zdrave tetive (13).

Kirurške tehnike koje se upotrebljavaju u modernoj medicini temelje se na ligaciji oštećene tetive ili ligamenta te imobilizaciji zgloba u neposrednoj blizini u trajanju od nekoliko tjedana. Budući da se radi o dugotrajnom procesu koji iziskuje upornost i strpljenje u liječenju, javlja se potreba ne samo bržeg, nego i kvalitetnijeg načina zbrinjavanja ovakvih ozljeda. U istraživanju koje su proveli Randelli i suradnici analizirano je 56 studija na temu kirurškog zbrinjavanja ruptura različitih tetiva, pri čemu su utvrdili da su u njih 41 prijavljene komplikacije u vidu re-rupture. Prevedeno u postotke, ovisno o studiji, ta se brojka kreće od 11.4 do čak 94% (14). Stopa re-rupture kod operacije Ahilove tetive varira između 1.7 i 5.6% (15), dok se kod rekonstrukcije tetive distalnog dijela nadlaktičnog bicepsa zadržava na ipak prihvatljivih 1.6% (16).

Navedeni podaci uzrokom su povećanog interesa regenerativne medicine u smjeru pronalaska novog načina zbrinjavanja ovakvih ozljeda. Jedan od njih je i terapija matičnim stanicama. Osobito u posljednjem desetljeću, značajno se povećao broj studija na ovu temu, pa ćemo u ovom pregledu literature pokušati prikazati one najvažnije.

Slično kao i kod mišića, istraživanja su se koncentrirala na potencijalni učinak mezenhimalnih matičnih stanica koštane srži (BM-MSC) na brzinu i kvalitetu cijeljenja oštećenog tetivnog tkiva. 2007. godine provedeno je istraživanje u kojem je skupini laboratorijskih zečeva u Ahilovu tetivu aplicirana posebna vrsta fibrinskog gela koji je u sebi sadržavao BM-MSC. Paralelno s time, druga skupina zečeva injicirana je samo fibrinskim gelom koji nije sadržavao BM-MSC. Na kontrolnom pregledu tri tjedna nakon aplikacije, u grupi zečeva kojima su aplicirane BM-MSC primijećen je porast modula elastičnosti Ahilove tetive od 32%, a istovremeno je u tetivnom tkivu tih zečeva porasla i količina kolagenih vlakana tipa I. Kontrolni pregledi izvršeni su i 6 te 12 tjedana nakon aplikacije, ali u to vrijeme nisu primijećene značajnije promjene u građi tetive. Zaključak je ove studije kako matične stanice koštane srži mogu odigrati značajnu ulogu u ranoj reparaciji tetivnog tkiva (17).

U jednoj drugoj studiji provedenoj 2003. godine, skupini zečeva s oštećenom Ahilovom tetivom presađen je posebni kolagenski nosač koji je u sebi sadržavao kulturu BM-MSC. Istovremeno je druga skupina zečeva dobila samo jednostavni kolagenski nosač koji na sebi nije sadržavao BM-MSC. Na kontrolnom pregledu je u zečeva koji su dobili nosač sa BM-MSC ustanovljena razina modula elastičnosti tetive od 62.6% izvorne vrijednosti, dok je tenzilna snaga tetive iznosila 87% originalne vrijednosti. Rezultati ove studije sugeriraju da BM-MSC mogu imati dugoročan učinak na strukturu i funkcionalnost tetive, kao i na regeneraciju i reparaciju njenih oštećenih dijelova (18).

Proučavanjem učinka mezenhimalnih matičnih stanica na regeneraciju tetiva površinskih fleksora prstiju, utvrđeno je da se one mogu primjenjivati i na čovjeku (19).

Međutim, i dalje ne postoji dovoljan broj izvora koji bi sa sigurnošću utvrdili postoje li rizici u primjeni ovakve vrste terapije na čovjeku. Činjenica da je u nekoliko pokusa provedenih na životinjama utvrđena efikasnost ove terapije u ovako ranoj fazi njenog razvoja može predstavljati samo ohrabrenje za daljnja istraživanja, ali nikako i za njenu svekoliku primjenu. Do sličnog su zaključka došli Pas i suradnici 2017. godine. Oni su u svom pregledu literature upozorili da još uvijek nije pravo vrijeme za primjenu terapije matičnim stanicama u kliničkoj praksi (20). Iako ova vrsta terapije pokazuje obećavajuće rezultate, ipak su potrebna daljnja istraživanja i prilagodba BM-MSC, kako bi se maksimalno iskoristio njihov potencijal.

Ipak, na pitanje prilagodbe BM-MSC možda već sada imamo odgovor. Naime, u studiji objavljenoj 2017. godine, proučavano je međudjelovanje BM-MSC-a i makrofaga koji su odgovorni za upalni odgovor na mjestu oštećenja tetiva. Poznato je da su upravo te stanice odgovorne za neadekvatno cijeljenje oštećenog tkiva, budući da potiču stvaranje obilnog fibroznog tkiva koje ni približno nije kvalitete izvornog, neoštećenog tkiva.

Istraživači su svoju ideju temeljili na postojanju druge vrste makrofaga, takozvanih M2 makrofaga, koji, za razliku od proupalnih M1 makrofaga, imaju snažno antiupalno djelovanje. Dokazano je kako BM-MSC mogu modulirati količine ovih dviju vrsta makrofaga. Istraživači su laboratorijskim štakorima u Ahilovu tetivu aplicirali dvije vrste BM-MSC – u prvom navratu nekondicioniranu verziju (verzija BM-MSC koja nije obrađena s ciljem utjecaja na M2 makrofage već je aplicirana u neprerađenom obliku), nakon koje je, pri niskim dozama, zabilježen niži broj M1 makrofaga te smanjeni upalni odgovor, dok su u drugom navratu štakorima aplicirali prekondicioniranu verziju BM-MSC, odnosno verziju koja je prethodno pripremljena ciljano u svrhu povećanja količine M2 makrofaga. Prekondicionirane BM-MSC značajno su smanjile upalni proces u tkivu povećavajući koncentraciju M2 makrofaga te istovremeno smanjujući koncentraciju njihovih antagonista, M1 makrofaga. Još važnije, aplikacija prekondicioniranog BM-MSC dovela je do potpune regeneracije tkiva, pri čemu je njegova kvaliteta bila gotovo istovjetna onoj prije nastanka oštećenja (21).

O ozljedama ligamenata, meniskusa, hrskavice i kostiju pričat ćemo u jednom drugom tekstu.

*ulomak iz diplomskog rada dr. med. Luka Davidović

Literatura

1. Wong S, Ning A, Lee C, Feeley BT. Return to sport after muscle injury. Curr Rev Musculoskelet Med. 2015;8(2):168–75.
2. Feeley BT, Kennelly S, Barnes RP, Muller MS, Kelly BT, Rodeo SA, et al. Epidemiology of national football league training camp injuries from 1998 to 2007. Am J Sports Med. 2008;36(8):1597–603.
3. Ferrari G, Cusella-De Angelis G, Coletta M, Paolucci E, Stornaiuolo A, Cossu G, et al. Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors. Science (80- ) [Internet]. 1998 Mar 6 [pristupljeno 20.8.2020.];279(5356):1528–30. Dostupno na: https://science.sciencemag.org/content/279/5356/1528
4. Boppart MD, Lisio M De, Zou K, Huntsman HD. Defining a role for non-satellite stem cells in the regulation of muscle repair following exercise. Front Physiol. 2013;4 NOV(November):1–7.
5. LaBarge MA, Blau HM. Biological progression from adult bone marrow to mononucleate muscle stem cell to multinucleate muscle fiber in response to injury. Cell. 2002;111(4):589–601.
6. de la Garza-Rodea AS, van der Velde-van Dijke I, Boersma H, Gonçalves MAFV, van Bekkum DW, de Vries AAF, et al. Myogenic properties of human mesenchymal stem cells derived from three different sources. Cell Transplant. 2012;21(1):153–73.
7. Ota S, Uehara K, Nozaki M, Kobayashi T, Terada S, Tobita K, et al. Intramuscular transplantation of muscle-derived stem cells accelerates skeletal muscle healing after contusion injury via enhancement of angiogenesis. Am J Sports Med. 2011;39(9):1912–22.
8. Hwang JH, Kim IG, Piao S, Jung AR, Lee JY, Park KD, et al. Combination therapy of human adipose-derived stem cells and basic fibroblast growth factor hydrogel in muscle regeneration. Biomaterials [Internet]. 2013;34(25):6037–45. Dostupno na: http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.04.049
9. Andrade BM, Baldanza MR, Ribeiro KC, Porto A, Peçanha R, Fortes FSA, et al. Bone marrow mesenchymal cells improve muscle function in a skeletal muscle re-injury model. PLoS One. 2015;10(6):1–13.
10. Lee W, Ling L, Liau L, Hwei M, Shiplu N, Chowdhury R. Current Progress in Tendon and Ligament Tissue Engineering. Tissue Eng Regen Med [Internet]. 2019; Dostupno na: https://doi.org/10.1007/s13770-019-00196-w
11. James R, Kesturu G, Balian G, Chhabra AB. Tendon: Biology, Biomechanics, Repair, Growth Factors, and Evolving Treatment Options. J Hand Surg Am. 2008;33(1):102–12.
12. Bruns J, Kampen J, Kahrs J, Plitz W. Achilles tendon rupture: Experimental results on spontaneous repair in a sheep-model. Knee Surgery, Sport Traumatol Arthrosc. 2000;8(6):364–9.
13. Geremia JM, Bobbert MF, Casa Nova M, Ott RD, De Aguiar Lemos F, De Oliveira Lupion R, et al. The structural and mechanical properties of the Achilles tendon 2 years after surgical repair. Clin Biomech [Internet]. 2015;30(5):485–92. Dostupno na: http://dx.doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2015.03.005
14. Randelli P, Spennacchio P, Ragone V, Arrigoni P, Casella A, Cabitza P. Complications associated with arthroscopic rotator cuff repair: A literature review. Musculoskelet Surg. 2012;96(1):9–16.
15. Hanada M, Takahashi M, Matsuyama Y. Open re-rupture of the Achilles tendon after surgical treatment. Clin Pract. 2011;1(4):299–301.
16. Hinchey JW, Aronowitz JG, Sanchez-Sotelo J, Morrey BF. Re-rupture rate of primarily repaired distal biceps tendon injuries. J Shoulder Elb Surg [Internet]. 2014;23(6):850–4. Dostupno na: http://dx.doi.org/10.1016/j.jse.2014.02.006
17. Alphonsus Chong BK, Ang AD, Goh JC, Hui JH, Lim AY, Hin Lee E, et al. copyright © 2007 by the Journal of bone and joint surgery, incorporated Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells Influence Early Tendon-Healing in a Rabbit Achilles Tendon Model. 2007;74–81.
18. Ouyang HW, Goh JCH, Thambyah A, Teoh SH, Lee EH. Knitted poly-lactide-co-glycolide scaffold loaded with bone marrow stromal cells in repair and regeneration of rabbit achilles tendon. Tissue Eng. 2003;9(3):431–9.
19. Godwin EE, Young NJ, Dudhia J, Beamish IC, Smith RKW. Implantation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells demonstrates improved outcome in horses with overstrain injury of the superficial digital flexor tendon. Equine Vet J. 2012;44(1):25–32.
20. Pas Himfl, Moen MH, Haisma HJ, Winters M. No evidence for the use of stem cell therapy for tendon disorders: A systematic review. Br J Sports Med. 2017;51(13):996–1004.
21. Chamberlain CS, Saether EE, Vanderby R, Aktas E. Mesenchymal Stem Cell Therapy on Tendon/Ligament Healing. J Cytokine Biol. 2017;02(01):1–7.