Role of bone marrow mesenchymal stem cells in rheymatoid arthritis pathophysiology

Objective: Rheumatoid arthritis is a candidate disease for cartilage and bone repair using bone marrow (BM) mesenchymal stem cells (MSCs). This study investigates the reserves and function the molecular and proteomic profile and the differentiation potential of BM MSCs in patients with active RA compared to age and sex-matched healthy individuals. Methods: We evaluated the frequency of MSCs in the BM mononuclear cell fraction using a limiting dilution assay the proliferative/clonogenic potential and the capacity of cells to differentiate towards the osteogenic/chondrogenic/adipogenic lineages using appropriate culture conditions. We also assessed the molecular and proteomic characteristics in terms of inflammatory cytokine gene and protein expression the relative telomere length and the survival characteristics of BM MSCs. Results: MSCs from RA patients (n=26) and age-/sex matched healthy individuals (n=21) were similar in frequency differentiation potential survival immunophenotypic characteristics and protein profile Patient MSCs however had impaired clonogenic and proliferative potential in association with premature telomere length loss Transcriptome analysis revealed differential expression of genes related to cell adhesion processes and cell cycle progression beyond the G1 phase. Previous treatment with methotrexate corticosteroids anti cytokine and biological agents or other disease modifying anti-inflammatory drugs did not correlate with the clonogenic and proliferative impairment of BM MSCs. Conclusion: In spite of some restrictions related to the impaired clonogenic/proliferative potential our findings support the use of autologous BM MSCs for cartilage and bone damage associated with RA and may have important implications for the ongoing efforts to repair tissue injury commonly seen in the course of the disease.Σκοπός της µελέτης: Τα αρχέγονα µεσεγχυµατικά κύτταρα µπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν δυνητικοί θεραπευτικοί παράγοντες για την αντιμετώπιση φλεγμονωδών αυτoάνοσων ασθενειών. Η ρευματοειδής αρθρίτιδα είναι µια αυτοάνοση νόσος, που χαρακτηρίζεται κυρίως από αρθρικές βλάβες, προκαλούµενες από το φλεγµονώδες αρθρικό περιβάλλον. Θεωρητικά τα αρχέγονα µεσεγχυµατικά κύτταρα µπορούν να χρησιμοποιηθούν αφενός στην επιδιόρθωση της κατεστραµµένης άρθρωσης, βάση των αναγεννητικών ιδιοτήτων τους και αφετέρου για να επανα-ρυθµίσουν το ανοσοποιητικό σύστημα των ασθενών, καθώς διαθέτουν ισχυρές ανοσοκατασταλτικές ιδιότητες. Η παρούσα µελέτη διερευνά τη συχνότητα, τη λειτουργικότητα, το µοριακό προφίλ και τη δυνατότητα διαφοροποίησης των αρχέγονων µεσεγχυµατικών κυττάρων του µυελού των οστών σε ασθενείς µε ενεργό ρευµατοειδή αρθρίτιδα. Μεθοδολογία: Με δοκιµές περιοριστικής αραίωσης υπολογίστηκε η συχνότητα των αρχέγονων µεσεγχυµατικών κυττάρων στο κλάσµα των µυελικών µονοπύρηνων κυττάρων, σε ασθενείς και σε υγιή άτοµα. Τα φαινοτυπικά χαρακτηριστικά των κυττάρων, όπως και τα χαρακτηριστικά επιβίωσης, εκτιµήθηκαν µε κυτταροµετρία ροής. Το πολλαπλασιαστικό δυναµικό των κυττάρων υπολογίστηκε µε δοκιµασίες µέτρησης του χρόνου διπλασιασµού, ενώ το κλωνογονικό δυναµικό τους εκτιµήθηκε µε δοκιµασίες σχηµατισµού ινοβλαστικών αποικιών. Η ικανότητα της in vitro διαφοροποίησης των κυττάρων προς τρείς κυτταρικές γενεαλογίες, την οστεοβλαστική, τη χονδρογονική και τη λιπογονική, µετρήθηκε µε ιστοχηµικές χρώσεις καθώς και µε εκτίµηση εξειδικευµένης γονιδιακής έκφρασης. Τα µοριακά χαρακτηριστικά αξιολογήθηκαν όσον αφορά την έκφραση φλεγµονωδών κυτταροκινών µε δοκιµές ελέγχου γονιδιακής έκφρασης καθώς και µε δοκιµές ELISA, ενώ το σχετικό µήκος του τελοµερούς των κυττάρων µετρήθηκε µε τη µεθοδολογία real-time PCR. Αποτελέσµατα: Τα αρχέγονα µυελικά µεσεγχυµατικά κύτταρα των ασθενών (n=26) και των υγιών ατόµων (n=21) ήταν παρόµοια όσον αφορά τη συχνότητα στο µυελό, την ικανότητα διαφοροποίησης, την επιβίωση και τον φαινότυπο. Εντούτοις τα κύτταρα των ασθενών, παρουσίασαν διαταραγµένο αναπτυξιακό δυναµικό, καθώς και πρόωρη για την ηλικία τους ελάττωση στο µήκος των τελοµερών στα χρωµοσώµατά τους. ∆ιαπιστώθηκε ότι οι προηγούµενες θεραπείες (µεθοτρεξάτη, κορτικοστεροειδή, αντι-κυτταροκίνες και βιολογικοί παράγοντες ή άλλα αντιφλεγµονώδη φάρµακα) δεν σχετίζονται µε την διαταραχή του αναπτυξιακού δυναµικού των κυττάρων. Το ελαττωµένο αναπτυξιακό δυναµικό πιθανόν οφείλεται σε πρόωρη κυτταρική γήρανση, που ενδεχοµένως προκαλείται από το φλεγµονώδες µυελικό µικροπεριβάλλον. Συµπέρασµα: Παρά τους περιορισµούς που σχετίζονται µε το ελαττωµένο κλωνογονικό και πολλαπλασιαστικό δυναµικό των κυττάρων, τα συνολικά ευρήµατα υποστηρίζουν µάλλον τη χρήση των αυτόλογων αρχέγονων µυελικών µεσεγχυµατικών κυττάρων σε θεραπευτικές προσεγγίσεις σε ασθενείς µε ρευµατοειδή αρθρίτιδα