IL DIFFERENZIAMENTO DEL SISTEMA OSTEOARTICOLARE: EFFETTO DELLE ONDE D'URTO EXTRACORPOREE (ESW) SU CELLULE STAMINALI MESENCHIMALI DERIVATE DA TESSUTO ADIPOSO

Adult mesenchymal stem cells, for their ability to differentiate into chondrogenic and ostegenic lineages, are used in regenerative medicine to promote and improve the repair of the osteoarticular system, damaged by trauma or degenerative diseases. Adipose tissue possesses an abundant population of mesenchymal stem cells (Adipose-derived Stem Cells, ASC) which can be isolated by liposuction, a non-invasive technique. It is known that various physical forces are able to potentiate the effect of soluble molecules to induce the differentiation of ASC. Extracorporeal Shock Waves (ESW), acoustic waves used in orthopedics, are able to enhance the differentiation of ASC towards osteoblast like cells, but the mechanisms underlying this process are still largely to be defined. In endochondral ossification, new bone synthesis occurs through the transition from cartilage tissue: chondroblasts undergo hypertrophy and calcification occurs. As this process can be induced by physical and mechanical stimuli, the main objective of this thesis was to study the molecular mechanisms that underlie the effect of ESW in induction of the osteoarticular system differentiation. To this end, ASC were treated with specific chondrogenic medium in combination with ESW. The only treatment with chondrogenic medium led to a significant increase of genes characteristic of chondroblasts (SOX9, collagen II, COMP, elastin A and B, aggrecan and perlecan) and to the formation of cartilage matrix; the combined treatment with chondorgenic medium and ESW led to the expression of genes typical of hypertrophic chondroblasts (increase of collagen X and ADAMTS; reduction of collagen II, COMP, elastin A and B, aggrecan and perlecan) and subsequent deposition of calcium salts. In conclusion, the present study defines the mechanisms of ossification induced by ESW and delineates the pre-clinical basis for the use of ESW as adjuvant therapy for the treatment of osteoarticular diseases.

Le cellule staminali mesenchimali adulte, per la loro capacità di differenziare in senso condro- e osteogenico, sono utilizzate in medicina rigenerativa per promuovere e migliorare la riparazione del sistema osteoarticolare danneggiato da traumi o malattie degenerative. Il tessuto adiposo possiede un'abbondante popolazione di cellule staminali mesenchimali (Adipose-derived Stem Cells, ASC) che possono essere prelevate e, quindi, isolate tramite liposuzione, una tecnica non invasiva. E' noto che svariate forze fisiche sono in grado di potenziare l'effetto di molecole solubili nell'indurre il differenziamento delle ASC. Le onde d'urto extracorporee (Extracorporeal Shock Waves, ESW), onde acustiche utilizzate in campo ortopedico, sono in grado di potenziare il differenziamento delle ASC verso la linea osteogenica, ma i meccanismi che sottendono tale processo sono ancor in larga parte da definire. Nell'ossificazione encondrale, la sintesi di osso avviene attraverso il passaggio da tessuto cartilagineo: i condroblasti vanno incontro a ipertrofia e la cartilagine si calcifica. Poiché tale processo può essere indotto da stimoli meccanici e fisici, l'obiettivo principale del seguente progetto di tesi è stato studiare i meccanismi molecolari che sono alla base dell'effetto delle ESW nell'induzione del differenziamento del sistema osteoraticolare. A tal fine le ASC sono state trattate con specifico terreno condrogenico in combinazione con ESW. Il trattamento con solo terreno condrogenico determinava un aumento significativo dei geni caratteristici dei condroblasti (SOX9, collagene II, COMP, elastina A, elastina B, aggrecano e perlecan) e la formazione di matrice cartilaginea; il trattamento combinato con terreno condrogenico ed ESW determinava un'espressione genica tipica dei condroblasti ipertrofici (aumento di collagene X e di ADAMTS; riduzione di collagene II, COMP, elastina A, elastina B, aggrecano e perlecan) e la successiva deposizione di sali di calcio. In conclusione, il presente studio definisce i possibili meccanismi del processo di ossificazione indotto da ESW e pone le basi pre-cliniche per l'utilizzo delle ESW come terapia coadiuvante e poco invasiva nel campo delle malattie osteoarticolari.