Εισαγωγή

Έτσι, μπορούμε να παρέμβουμε στη μετάλλαξη που αποτελεί και τον κύριο σκοπό της γονιδιακής θεραπείας. Αρχικά όμως η έρευνα στράφηκε στον καρκίνο και την αντιμετώπισή του. Φαίνεται πως στην Ορθοπαιδική δύο είναι οι κυριότεροι τομείς εφαρμογής της γονιδιακής θεραπείας: η ιστική αναγέννηση και η θεραπεία των αρθροπαθειών. Η ιστική αναγέννηση του οστού, του αρθρικού χόνδρου και των συνδέσμων εκμεταλλεύεται τις σύγχρονες μεθόδους μεταφοράς γονιδίων. Προκλινικές μελέτες έχουν ήδη γίνει, τόσο στην ιστική αναγέννηση όσο και στη θεραπεία των αρθροπαθειών και άλλων χρόνιων παθήσεων, με ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Η γονιδιακή θεραπεία φαίνεται ότι είναι ένας ελπιδοφόρος τομέας για νέες παρεμβάσεις.

Μηχανισμοί εκφύλισης του μεσοσπονδυλίου δίσκου

     Η εκφύλιση του μεσοσπονδυλίου δίσκου αποτελεί συχνή πάθηση που αυξάνεται με την πάροδο της ηλικίας. Το 90% των ατόμων, άνω των 60 ετών, παρουσιάζει εκφύλιση σε ένα τουλάχιστον μεσοσπονδύλιο δίσκο και συνδέεται στενά με καταστάσεις όπως η οσφυαλγία και παθήσεις όπως η κήλη του μεσοσπονδυλίου δίσκου, η σπονδυλολίσθηση κ.ά.
     Το στρώμα (matrix) αποτελεί το σημαντικότερο τμήμα που καθορίζει τις μηχανικές και βιολογικές λειτουργίες του μεσοσπονδυλίου δίσκου. Τα συστατικά του είναι κυρίως ύδωρ (70-80 % του βάρους του πυρήνα), πρωτεογλυκάνες και κολλαγόνο. Ο πυρήνας έχει μεγαλύτερο ποσοστό ύδατος και πρωτεογλυκανών από το περιφερικό τμήμα. Το ύδωρ περικλείει τον πυρήνα, απορροφά τις δονήσεις και αντιστέκεται σε μεγάλες πιέσεις. Έτσι, το περιφερικό τμήμα (δακτύλιος) έχει μεγάλο ποσοστό σε καλά οργανωμένες ίνες κολλαγόνου. Οι δομές τόσο του πυρήνα όσο και του περιφερικού τμήματος έχουν άμεση σύνδεση με τις μηχανικές ιδιότητες του μεσοσπονδυλίου δίσκου.
     H αγκρεκάνη (aggrecan) είναι μία πρωτεογλυκάνη μεγάλου μοριακού βάρους που εντοπίζεται στο μεσοσπονδύλιο δίσκο. Πειραματικές μελέτες έδειξαν ότι βρίσκεται και στον αρθρικό χόνδρο, αποτελεί δε την χαρακτηριστική πρωτεογλυκάνη των αρθρικών συνδέσμων. Συνδέεται με την υαλουράνη και άλλες γλυκοζαμινογλυκάνες με στόχο την αύξηση των υδροστατικών πιέσεων στον πυρήνα, σε αντιστάθμιση των πιέσεων κάθετης φοράς του δίσκου. Στην εκφύλιση του μεσοσπονδυλίου δίσκου έχουμε απώλεια της αγκρεκάνης, των γλυκοζαμινογλυκανών και του ύδατος από τον πυρήνα. Στην διαδικασία αυτή φαίνεται ότι έχουμε αποδόμηση του κολλαγόνου τύπου ΙΙ, που είναι σημαντικός παράγοντας σύνθεσης του πυρήνα του δίσκου. Η διάσπαση του κολλαγόνου τύπου ΙΙ είναι σημαντικό πεδίο έρευνας για θεραπευτικές παρεμβάσεις σε μία προσπάθεια αναστροφής της εκφύλισης του μεσοσπονδυλίου δίσκου.
     Αν και η φυσιολογική αποδόμηση των συστατικών του μεσοσπονδυλίου δίσκου γίνεται σταδιακά, η εκφύλιση του μεσοσπονδυλίου δίσκου αποτελεί ένα άγνωστο πεδίο όσον αφορά τα εναύσματα των διαδικασιών και μηχανισμών που οδηγούν στην απώλεια όλων αυτών των συστατικών. Αντιθέτως κατά τη γήρανση και εκφύλιση του μεσοσπονδυλίου δίσκου αυξάνονται τα επίπεδα των μεταλλοπρωτεϊνασών MMP-1,-2,-3,-7,-8,-9,-13. Επίσης η μαγνητική τομογραφία αποτελεί σημαντικό διαγνωστικό όπλο για την εξακρίβωση της εκφύλισης και αξιολόγησης αυτής της διαδικασίας, τόσο σε πειραματικά μοντέλα ζώων εργαστηρίου όσο και στον άνθρωπο. Η γονιδιακή θεραπεία έχει ως στόχο την αποκατάσταση της ανισορροπίας σύνθεσης και αποδόμησης των συστατικών του δίσκου. Παρεμβαίνοντας φαρμακευτικά μπορούμε μέσω της γονιδιακής θεραπείας να επαναφέρουμε την αρχική ομοιοστασία του μεσοσπονδυλίου δίσκου.

H γονιδιακή θεραπεία στην εκφύλιση του μεσοσπονδυλίου δίσκου

     Οι κυτοκίνες ταξινομούνται σε μιτογόνες και μορφογενετικές. Ιδιαίτερη αξία έχουν οι μορφογενετικές πρωτεΐνες. Παράδειγμα ο TGF-β1 επάγει τη σύνθεση πρωτεογλυκανών και κολλαγόνου τύπου ΙΙ in vitro. Σε κονίκλους η χορήγηση αδενοϊού με TGF-β1 φαίνεται να αυξάνει τα επίπεδα πρωτεογλυκανών στο μεσοσπονδύλιο δίσκο. Η έρευνα στρέφεται κυρίως στις οστικές μορφογενετικές πρωτεΐνες BMP-2 και BMP-7. Ως πολυδύναμες κυτοκίνες αυξάνουν το εξωκυττάριο στρώμα, τη σύνθεση της αγκρεκάνης και του κολλαγόνου τύπου ΙΙ in vitro. Το FDA έχει εγκρίνει για χορήγηση σε ανθρώπους την rhBMP-2 (recombinant human BMP-2) σε επεμβάσεις σπονδυλοδεσίας. Αντισώματα κατά της κυτοκίνης δεν έχουν ανιχνευθεί, τόσο σε εργαστηριακές όσο και σε κλινικές μελέτες. Οι ανεπιθύμητες ενέργειες από τη χορήγησή της είναι ελάχιστες. Όμως δεν έχει εξεταστεί εκτενώς η χορήγηση BMP-2 και ΒΜΡ-7 σε πειραματικά μοντέλα εκφύλισης του μεσοσπονδυλίου δίσκου, αν και τα αποτελέσματα των μελετών είναι ενθαρρυντικά. Φαίνεται ότι ο μικρός χρόνος ημίσειας ζωής των κυτοκινών αυτών και η μη αξιοπιστία τόσο των πειραματικών μοντέλων εκφύλισης του δίσκου όσο και των βιοχημικών δεικτών αποτελούν εμπόδια στην καθιέρωση των οστικών μορφογενετικών πρωτεϊνών, ως φάρμακα για τη θεραπεία της εκφύλισης του μεσοσπονδυλίου δίσκου.
 Πρόσφατες μελέτες θέλουν το γονίδιο LMP-1 να αποτελεί ένα σημαντικό παράγοντα επαγωγής της έκφρασης πολλών BMPs (BMP-2,-4,-6,-7). Αδενοϊοί που φέρουν το γονίδιο LMP-1 φαίνεται να επάγουν την οστική αναγέννηση in vitro και in vivo, σε πολύ μικρές ποσότητες χορηγούμενου ιού-φορέα. O LMP-1 είναι ένας σημαντικός ενδοκυττάριος ρυθμιστής της διαφοροποίησης των οστεοβλαστών. Mέσω αδενοϊών ο LMP-1 αυξάνει τα επίπεδα γλυκοζαμινογλυκανών στα κύτταρα του δίσκου in vitro. Επίσης, επάγει την έκφραση των οστικών μορφογενετικών πρωτεϊνών BMP-2 και BMP-7 στα ίδια κύτταρα. Έτσι ο παράγοντας LMP-1 (και κατ’ επέκταση το γονίδιο LMP-1), αποτελεί εν δυνάμει φάρμακο που με παρακρινή οδό, αυξάνει τη σύνθεση και έκκριση κυτοκινών όπως οι οστικές μορφογενετικές πρωτεΐνες.
     Ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα στη γονιδιακή θεραπεία είναι ο φορέας εισόδου του γονιδίου στα κύτταρα του μεσοσπονδυλίου δίσκου. Μπορεί να γίνει είτε in vivo ή ex vivo. Ιn vivo έχουμε την είσοδο αδεονοϊών, ρετροϊών, λεντιιών και ερπητοϊών σε διάφορους ιστούς και επιμόλυνση διαφόρων κυττάρων άμεσα με το θεραπευτικό γονίδιο ή τα προϊόντα του γονιδίου αυτού. Η ex vivo τεχνική περιλαμβάνει μία έμμεση προσέγγιση. Τα κύτταρα-στόχος καλλιεργούνται αρχικά και επιμολύνονται με ιικούς φορείς ή μη ιικούς φορείς. Έτσι, έχουμε ασφαλή είσοδο του θεραπευτικού γονιδίου χωρίς ανοσοαντίδραση. Οι μη ιικοί φορείς περιλαμβάνουν πλασμίδια, λιποσώματα, σύμπλοκα με συνδέματα DNA (DNA-ligands) και επικαλυμμένα με χρυσό σφαιρίδια DNA. Μελέτες έχουν γίνει σε ιικούς φορείς και αδενοσυσχετιζόμενους ιικούς φορείς (ΑΑV – adenoassociated virus) με ενθαρρυντικά αποτελέσματα σε συγκεκριμένα γονίδια στόχους. Στην  εκφύλιση του μεσοσπονδυλίου δίσκου η in vivo τεχνική είναι ίσως η πιο πρακτικά εύκολη λόγω της μη δυνατότητας καλλιέργειας κυττάρων του μεσοσπονδυλίου δίσκου. Οι φυσιολογικοί και βιολογικοί παράμετροι πολλαπλασιασμού των κυττάρων του μεσοσπονδυλίου δίσκου καθιστούν δύσκολη την ex vivo τεχνική, αν και ερευνάται μέχρι σήμερα .
     Για να επιτευχθεί η ελεγχόμενη σύνθεση γλυκοζαμινογλυκανών και άλλων στοιχείων του στρώματος του δίσκου από την είσοδο των θεραπευτικών γονιδίων έχει προταθεί από τους ερευνητές η στρατηγική “Οn - Off”. Η εξωγενώς χορήγηση ενός συνδέματος θα μπορεί να αναστείλει ή να επάγει άμεσα την σύνθεση των στοιχείων του στρώματος. Αν και τα αποτελέσματα των μελετών είναι διφορούμενα, όσον αφορά την στρατηγική “On – Off”, αναμένονται πολλά από τη σύγχρονη έρευνα στην ελεγχόμενη γονιδιακή θεραπεία .

Βιβλιογραφία
1. Chadderdon RC, et al. Advances in gene therapy for intervertebral disc degeneration. Spine Journal 2004; 4:341S-347S.
2. Dandy DJ, Edwards DJ. Essential Orthopaedics and Trauma. Churchill Livingstone, London, UK, 2003.
3. Εvans CH, Rosier RN. Molecular Biology in Orthopaedics: the advent of Molecular Orthopaedics. J Bone Joint Surg Am 2005; 87:2550-2564.
4. Gazzerri E, Minetti C. Potential drug targets with bone morphogenetic protein signaling. Curr Opin Pharmac 2007; 7:325-333.
5. Giannoudis PV, Tzioupis CC, Tsiridis E. Gene therapy in orthopaedics. Injury Int J Care Injured 2006; 378:530-540.
6. Levicoff EA, Gilberston LG, Kang JD. Gene therapy for disc repair. Spine Journal 2005; 5:287S-296S.
7. Οrive G, et al. Drug delivery in biotechnology: present and future. Curr Opin Biotechnology 2003; 14:659-664.
8. Rodeo SA, Maher SA, Hidaka C. What’s new in Orthopaedic research. J Bone J Surg Am 2004; 86A(9):2085-2095.
9. Wehling P. Transfer of genes to intervertebral disc cells: proposal for a treatment strategy of spinal disorders by local gene therapy. Joint Bone Spine 2001; 68:554-6.
10. Yoon ST. The potential of gene therapy for the treatment of disc regeneration. Orthop Clin N Am 2004; 35:95-100.
11. Ζhao CQ, et al. The cell biology of intervertebral disc aging and degeneration. Ageing Res Rev 2007; 6:247-264.