Nedavna studija UPF-ove BCN MedTech istraživačke jedinice predstavila je novi računarski model koji simulira interakcije između proteina prisutnih u ćelijama zglobova i pomaže da se tačno odrede faktori koji uzrokuju osteoartritis kod svakog pacijenta. Razvoj ovog računarskog modela je posebno relevantan, s obzirom na činjenicu da faktori koji izazivaju ovu bolest mogu biti različiti za svaku osobu. Stoga je identifikacija specifičnih uzroka u svakom slučaju ključna za lečenje osteoartritisa na personalizovaniji i efikasniji način.
Ovo istraživanje je detaljno opisano u članku „Mrežno modeliranje mehano-inflamatorne regulacije hondrocita u ranom osteoartritisu“, koji je objavljen u Frontiers in Bioengineering and Biotechnologi i koji su napisala tri istraživača sa UPF Odeljenja za informacione i komunikacione tehnologije (DTIC) Centar za nove medicinske tehnologije u Barseloni (BCN MedTech).
Istraživači su Maria Segarra-Kueralt, glavni autor članka i član BCN MedTech; Gemma Piella, šef ove istraživačke jedinice i redovni profesor DTIC-a; i Jerome Noailli, koordinator oblasti biomehanike i mehanobiologije BCN MedTech i glavni istraživač studije.
Članak se fokusira na osteoartritis, bolest koja proističe iz gubitka hrskavice u zglobovima, tkiva koje pokriva krajeve dugih kostiju i koje osigurava da zglobovi pravilno funkcionišu i apsorbuju sve šokove koje mogu da dožive tokom svog života. Najčešći i iscrpljujući oblik ove bolesti je osteoartritis kolena.
Pacijenti koji pate od ove bolesti obično doživljavaju intenzivan bol u zahvaćenim zglobovima i gubitak pokretljivosti. Kao rezultat toga, ljudi sa osteoartritisom često pate od hroničnog bola, depresije ili nesanice, simptoma koji zbog svoje nelagodnosti čine pojedince još više sedentarnim, što zauzvrat pogoršava njihovo stanje ili druge hronične bolesti.
Incidencija osteoartritisa ima tendenciju da bude veća u zapadnim zemljama zbog starenja stanovništva, jer se njegova prevalencija povećava sa godinama, i više sedentarnog načina života (koji su i uzrok i posledica bolesti). Prema podacima Španskog društva za porodičnu i medicinu u zajednici, ljubaznošću AECOSAR-a (Španske asocijacije za osteoporozu i osteoartritis), u Španiji, ova bolest pogađa blizu 7 miliona ljudi, sa posljedičnim opterećenjem na društvenim, ekonomskim i Zdravstveni sistem.
Jerome Noailli, glavni istraživač studije, kaže: „Sa današnjim tehnologijama, izuzetno je složeno za doktore da utvrde uzroke osteoartritisa kod svakog pacijenta i odaberu najprikladniji tok lečenja“
Trenutno se osteoartritis leči isključivo palijativnim terapijama kao što su vežbanje, analgetici ili protetska hirurgija (koleno, kuk…). Do sada je bilo posebno teško pronaći efikasne terapije za zaustavljanje njenog napredovanja ili regeneraciju degradirane hrskavice s obzirom na multifaktorsko poreklo bolesti.
Iako se njegovo poreklo tradicionalno povezuje sa mehaničkim faktorima kao što su trauma ili višak stresa, ono takođe može biti rezultat proinflamatornih ili genetskih faktora. Uzroci osteoartritisa povezani sa zapaljenjem prvenstveno su povezani sa starenjem, ali i sa koegzistencijom drugih bolesti i različito utiču na žene i muškarce (veća je incidencija kod žena).
Određene vrste bolesti (npr. metaboličke bolesti) povećavaju rizik od infiltracije upalnih krvnih zrnaca u zglobove, zbog čega je veća verovatnoća da će osoba doživeti osteoartritis. Proinflamatorni faktori, koji se takođe pojavljuju u zglobu, razgrađuju hrskavicu i pogoršavaju bol, i mogu dovesti do senzibilizacije centralnog nervnog sistema, niza stanja koje je teško kontrolisati.
Ukratko, postoje brojni faktori koji određene ljude čine sklonijim razvoju osteoartritisa od drugih, a bol je različit za svaku osobu. Stoga, terapijske strategije koje se primenjuju u svakom slučaju takođe moraju biti različite.
S tim u vezi, prema Jerome Noailli-u, glavni istraživač studije, kaže: „Sa današnjim tehnologijama, izuzetno je složeno za doktore da utvrde uzroke osteoartritisa i bolova kod svakog pacijenta i odaberu najprikladniji tok lečenja.“
Noailli takođe dodaje da je „do sada lekarima bilo teško da razlikuju da li je glavni simptom bolesti, kao što je hronični bol, neurogenog ili inflamatornog porekla“. Nije moguće ni definisati mehanički profil svakog pacijenta, odnosno uticaj mehaničkih pokreta (prekomernog naprezanja, torzije…) na ćelije u zglobnoj hrskavici.
Određivanje mehaničkog profila svakog pacijenta je takođe ključno za prilagođavanje terapije individualnim potrebama svake osobe, pošto reakcija ćelija hrskavice na biohemijske stimuluse zavisi od mehaničkog opterećenja.
Maria Segarra, glavni autor studije, kaže: „Verujemo da je naš model korak ka personalizovanoj medicini, koja je ključna za rešavanje multifaktorskih bolesti kao što je osteoartritis.
U nastojanjima da napreduju u potrazi za efikasnijim i personalizovanijim tretmanima i lekovima za osteoartritis, istraživači iz UPF-ovog BCN MedTech-a su osmislili model koji uključuje korišćenje brzog skeniranja za brzu procenu biološkog i mehaničkog profila svakog pacijenta i najefikasnijeg tipa. terapije.
„Mogli bismo da dobijemo sliku biološkog profila svakog pacijenta, što bi poboljšalo naše kliničke dijagnostičke mogućnosti. Stoga verujemo da je naš model korak ka personalizovanoj medicini, koja je ključna za rešavanje multifaktorskih bolesti kao što je osteoartritis“, objašnjava Maria Segarra, glavni autor studije.
Ovaj model je definisan ispitivanjem uticaja mehaničkih i inflamatornih stimulusa na ćelije zglobne hrskavice (ili hondrocite). Da bi povezali stanje ovih ćelija sa mehaničkim i inflamatornim faktorima, istraživači su razvili računarski model zasnovan na mreži koji integriše bogato znanje o biologiji zglobne hrskavice kako bi simulirao mehano-biološko ponašanje. Skup od 118 čvorova iz mreže predstavlja proteine i druge važne molekule u regulaciji hondrocita, kao i 300 interakcija između molekula.
Koristeći ovaj računarski model, istraživači su analizirali ponašanje hondrocita u četiri slučaja: u homeostatskim uslovima, koji predstavljaju zdrave ili bezbedne situacije; pod pro-inflamatornim uslovima; u nepovoljnim mehaničkim situacijama (statični položaji, kompresija, torzija…); a nakon primene regenerativne antiinflamatorne terapije. Takođe su sproveli analizu osetljivosti kako bi utvrdili koja od ovih situacija ima najveći uticaj na metabolizam hondrocita, bilo pozitivno ili negativno.
Studija je donela četiri značajna nalaza u vezi sa ukupnim uzrocima razvoja ili pogoršanja osteoartritisa. Prvo, istraživači su zaključili da proinflamatorni molekuli (tzv. proinflamatorni citokini) imaju najveći uticaj na razvoj i napredovanje stanja.
Drugo, istraživanje je potvrdilo da sedentarno ponašanje (ili druge situacije u kojima je hrskavica podložna niskim intenzitetom, ali statičnim i upornim mehaničkim opterećenjima) zaista pogoršava inflamatorni bol uzrokovan osteoartritisom.
Treće, utvrđeno je da tretmani osteoartritisa zasnovani na antiinflamatornim molekulima od samog pacijenta mogu pomoći u smanjenju signala upalnog bola.
Četvrto, studija pokazuje da mehanička opterećenja (npr. prekomerna težina) inhibiraju sposobnost hrskavice da se regeneriše.
