Biomarcatori della rigenerazione ossea nella chirurgia maxillo-facciale: revisione critica della letteratura

Riepilogo

Rilevanza. È noto che si verifica una serie di cambiamenti patologici in caso di osteonecrosi associata a farmaci. Anche i titoli dei biomarcatori responsabili del metabolismo del tessuto osseo sono soggetti a tali cambiamenti. Sono importanti nella diagnosi e nella pianificazione del trattamento dei pazienti, in particolare durante gli interventi chirurgici, a causa del rischio di osteonecrosi. Obiettivo – sulla base dei dati della letteratura scientifica moderna e degli articoli, identificare i marcatori di alterazione del rimodellamento osseo e dell'endotelio, che hanno i valori più significativi per ottimizzare la diagnosi precoce dell'alterazione della microcircolazione nei pazienti con patologie cranio-facciali.

Materiali e metodi. Revisione dei dati disponibili in letteratura sull'anatomia normale dell'osso, sui biomarcatori del tessuto osseo e sui fattori regolatori. Studio dei regimi diagnostici e identificazione dei più preziosi e rapidi nell'alterazione dell'osso e dell'endotelio dei vasi.

Risultati. Dai risultati delle ricerche, l'osteocalcina, il peptide telopetidico C-terminale e la fosfatasi acida resistente al tartaro, il VEGF sono i più informativi nella pratica clinica per la previsione dell'insorgenza dell'osteonecrosi delle ossa mascellari. Con una concentrazione di peptide telopetidico C-terminale nel siero inferiore a 100 pg/mL, aumenta il rischio di insorgenza di osteonecrosi. L'osteocalcina sierica è considerata un biomarcatore specifico della funzione degli osteoblasti per valutare la velocità di formazione del tessuto osseo nell'osteoporosi. Il livello medio di osteocalcina ha mostrato una differenza significativa tra l'osteoporosi postmenopausale (16,16 ± 4,5 ng/mL) e l'assenza di osteoporosi (11,26 ± 3,07 ng/mL) nelle donne. La fosfatasi acida resistente al tartaro (TRAP 5b) è utilizzata come riferimento per l'attività e la quantità di osteoclasti. TRAP 5b può essere specificamente rilevata nel siero mediante immunoanalisi.

Conclusione. Lo studio dei marcatori di riassorbimento osseo e dei marcatori vascolari consente di comprendere più chiaramente i principi dell'insorgenza dell'osteonecrosi e, di conseguenza, di prevedere e diagnosticare più chiaramente l'osteonecrosi, nonché di selezionare in modo appropriato la strategia di trattamento per questi pazienti, il tipo di intervento chirurgico: conservativo, chirurgico (resezione parziale, resezione totale delle mascelle), palliativo, preparazione pre- e post-medica dell'organismo all'intervento.

Rilevanza

Negli ultimi anni, nel campo dell'odontoiatria, è aumentato il numero di casi di osteonecrosi delle mascelle associata a farmaci. Questo è correlato all'assunzione di farmaci anti-osteoclastici, come: gruppi di bifosfonati, anticorpi monoclonali (denosumab), proteine ibride ricombinanti (Aflibercept). È noto che, con l'insorgenza di osteonecrosi associata a farmaci, si verificano una serie di cambiamenti patologici. Anche i titoli dei biomarcatori, che riflettono la natura del metabolismo e della rigenerazione del tessuto osseo, sono soggetti a tali cambiamenti. Essi sono importanti nella diagnosi e nella pianificazione del trattamento dei pazienti, in particolare durante gli interventi chirurgici, a causa del rischio di insorgenza di osteonecrosi.

Obiettivi e compiti

Sulla base della letteratura disponibile, identificare i biomarcatori di alterazione del rimodellamento osseo e dell'endotelio, che hanno i valori più significativi per ottimizzare la diagnosi precoce dell'alterazione della microcircolazione nei pazienti con patologie cranio-facciali.

Materiali e metodi

Revisione dei metodi di analisi della normale rigenerazione ossea con valutazione dei biomarcatori del tessuto osseo e dei fattori regolatori. Studio dei regimi diagnostici e identificazione dei più preziosi e rapidi nella compromissione dell'osso e dell'endotelio dei vasi.

I meccanismi che regolano il legame tra osteoclasti e osteoblasti sono fondamentali per la biologia delle cellule ossee. È stato dimostrato che osteoblasti e osteoclasti possono legarsi tra loro tramite contatto cellulare diretto, citochine e interazione con la matrice extracellulare. Gli osteoblasti possono influenzare la formazione, la differenziazione o l'apoptosi degli osteoclasti attraverso diversi percorsi, come i percorsi OPG / RANKL / RANK, RANKL / LGR4 / RANK, Ephrin2 / ephB4 e Fas / FasL. Inoltre, le citochine rilasciate dalla matrice ossea riassorbita, come TGF-β e IGF-1, influenzano anche l'attività degli osteoblasti. La regolazione dell'azione degli osteoclasti avviene attraverso i seguenti fattori: proteina affine all'ormone paratiroideo PTHrP, 1,25-diidrossivitamina D3, tiroxina, che aumentano il numero e l'attività degli osteoclasti. L'ormone calcitonina e gli estrogeni inibiscono l'attività degli osteoclasti (inibiscono l'attività di RANKL, aumentano la produzione di OPG). Gli ormoni calcitropici e le citochine (come la vitamina D3, l'ormone paratiroideo, il prostaglandina E2, IL-11) stimolano l'osteoclastogenesi. I LPS batterici e alcune citochine anti-infiammatorie (TNF-alfa, IL-1,3,6, prostaglandine dei macrofagi e osteoblasti) potenziano l'osteoclastogenesi.

Gli osteociti costituiscono il 95% del numero totale di cellule del tessuto osseo maturo. Si formano dagli osteoblasti dopo che sono stati circondati da tutti i lati dal matrice osseo mineralizzato. Gli osteociti determinano l'equilibrio di Ca e P nell'organismo, regolano l'attività degli osteoblasti e degli osteoclasti, producono in piccole quantità componenti della matrice e molecole segnale (prostaglandina E2, osteoprotgerina OPG, ossido nitrico NO, RANKL, sclerostina, ecc.). La sostanza intercellulare del tessuto osseo (matrice) è composta da minerali (idrossiapatiti), proteine (proteoglicani, glicoproteine, lipidi, acidi, collagene di tipo I nei tessuti maturi e III, IV, V, XI, XIII nelle aree di rigenerazione).

Risultati della ricerca e loro discussione

La distruzione del tessuto osseo è composta da due meccanismi: perdita di tessuto osseo e insufficiente reintegrazione. La distruzione del tessuto osseo avviene con la formazione di lacune erosive (resorptive) di Hausship. La riassorbimento dell'osso include: l'adesione alla superficie ossea nell'area di riassorbimento; la dissoluzione del componente minerale della matrice ossea a causa dell'acidificazione della lacuna di riassorbimento fino a pH 4,5; la distruzione dei componenti organici da parte di enzimi lisosomiali; l'eliminazione dei prodotti di distruzione dalla lacuna attraverso la loro fuoriuscita nelle zone chiare (“decompressione” della zona di adesione densa dell'osteoclasto alla matrice ossea). Nelle ossa, la perdita della matrice proteica e l'aumento del riassorbimento osseo portano all'osteoporosi e possono causare fratture patologiche e riduzione della crescita delle trabecole. L'aumento di RANKL probabilmente provoca il riassorbimento osseo indotto dagli osteoclasti e la distruzione dell'osso e può aiutare a spiegare perché nei pazienti con osteomielite si osserva una significativa perdita di massa ossea. Nel 2003 sono state pubblicate le prime segnalazioni che descrivono l'osteonecrosi della mandibola in pazienti trattati con bisfosfonati. Nel protocollo più recente del 2014, l'AAOMS ha cambiato il termine in osteonecrosi della mandibola associata all'uso di farmaci (MRONJ). Recentemente sono stati condotti un numero sufficiente di studi che indicano i biomarcatori di rigenerazione ossea più significativi per i clinici (tab. 1).

TRAP è espresso dagli osteoclasti durante la riassorbimento osseo, e l'attività di TRAP nel siero correla con l'attività riassorbente nelle disfunzioni del metabolismo osseo. TRAP 5b è utilizzato come riferimento per l'attività e il numero di osteoclasti e può essere specificamente rilevato nel siero tramite analisi immunologiche.

Nello studio sull'osteonecrosi indotta da bifosfonati, la colorazione TRAP ha mostrato che il numero di osteoclasti TRAP-positivi (attivati) diminuiva con il trattamento con ZOL (numero di cellule TRAP-positive: gruppo di controllo, 5,5 ± 1,4; gruppo ZOL, 3,0 ± 2,1). Non c'erano differenze significative tra i gruppi. Prima dell'immunoistochimica, l'attività perossidasi endogena è stata inibita da sezioni incubate in perossido di idrogeno. I tagli sono stati sottoposti a ricerca dell'antigene con un tampone citrato-fosfato (pH 6,0). Per valutare la risposta cellulare durante il rimodellamento osseo sono stati utilizzati anticorpi primari contro OPG, RANKL e TRAP, anticorpi policlonali prodotti in capre (Santa Cruz Biotechnology, Dallas, Texas, USA). TRAP 5b può essere specificamente rilevato nel siero mediante analisi immunoistochimica (di seguito – IHC), già al settimo giorno dopo la prima somministrazione di denosumab ai ratti. Questo indica che il denosumab sopprime la formazione di osteoclasti maturi in vivo. Poiché il denosumab causa osteonecrosi senza un effetto citotossico in quanto tale, si può ipotizzare che la necrosi si verifichi a causa di cambiamenti strutturali, come una superficie ossea non riassorbibile o l'assenza di germinazione dei vasi. La metodologia di valutazione istochimica è descritta nel modello sperimentale di osteonecrosi delle mascelle nei ratti in seguito all'assunzione di denosumab dagli autori Williams et al (2014) – la mascella superiore e l'osso femorale sono stati isolati dai ratti, fissati in formaldeide al 4%, con soluzioni tampone pH 7.4, a 4 gradi per un giorno, fissati in alcol etilico al 70%. Successivamente è stata eseguita una scansione tomografica micro-computerizzata, dopo di che i tessuti ottenuti sono stati decalcificati in EDTA al 5% e saccarosio al 4% in tampone pH 7.4.

La fosfatasi alcalina specifica per l'osso (BALP) viene prodotta dalle ossa nel siero ematico in adulti con funzione epatica normale. Per l'analisi immunoenzimatica, il limite di rilevamento della BALP è di 0,7 U/l, mentre i valori medi sono di 24,9 ± 7,0 U/l e 19,7 ± 5,6 U/l per uomini e donne in premenopausa, rispettivamente. Pertanto, la BALP può essere un marcatore di scelta per la diagnosi precoce dei disturbi del metabolismo osseo.

L'osteocalcina sierica è considerata un biomarcatore specifico della funzione degli osteoblasti per valutare la velocità di formazione del tessuto osseo nell'osteoporosi. L'aumento dell'osteocalcina intatta nel siero ematico riflette la sintesi di nuovi osteoblasti. Dopo essere entrata nel flusso sanguigno dal liquido extracellulare, l'osteocalcina subisce una rapida degradazione proteolitica in frammenti polipeptidici: amminoacidi 1–19 (N-terminale), 20–43 (MID), 1–43 (N-MID), 44–49 (C-terminale), 20–49 (MID-C).

Il peptide telopetidico carboxi-terminante del collagene di tipo 1 (CTX-1, peptide telopetidico C-terminale, CrossLaps) è un prodotto della degradazione del collagene di tipo 1. Si distinguono isomeri α- (giovane età) e β- (adulti) di CrossLaps. Nelle metastasi ossee si osserva un aumento della concentrazione di CrossLaps nel siero ematico di oltre 20 volte, il suo livello aumenta dopo la menopausa e torna alla normalità un anno dopo la terapia farmacologica con bifosfonati. In situazioni di rimodellamento osseo aumentato, il collagene di tipo I viene distrutto dagli osteoclasti, che rilasciano molecole di CrossLaps. Nello studio di Marx RE et al è stato riscontrato che il rischio di sviluppare complicanze dopo interventi chirurgici nella cavità orale, incluso lo sviluppo di osteonecrosi, correla con la quantità di CrossLaps nel siero ematico.

L'attivatore recettoriale del ligando NF-κB (RANKL) nel siero sanguigno umano, secondo gli studi, mostra la presenza di malattie metaboliche delle ossa. Esistono diversi studi che indicano marcatori biochimici nella diagnosi della trombosi e della disfunzione endoteliale. vWF gioca un ruolo centrale nell'emostasi primaria, dove media l'adesione delle piastrine al sottotetto vascolare danneggiato e poi l'aggregazione delle piastrine. I dati sperimentali indicano il fattore di von Willebrand come inibitore dell'angiogenesi, dipendente dal fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF), che realizza la sua azione attraverso meccanismi intracellulari ed extracellulari coinvolgendo avb3 e angiopoietina-2, che fungono da ligandi per il fattore di von Willebrand. L'inibitore della via del fattore tissutale (TFPI) può influenzare l'angiogenesi indipendentemente da TF attraverso sequenze nella sua estremità carbossilica (C-TFPI), bloccando l'attivazione del recettore 2 VEGF e indebolendo la capacità migratoria delle cellule endoteliali. Livelli elevati di TFPI nel plasma in condizioni infiammatorie possono portare a disfunzione endoteliale. Il sindecano-1 è un proteoglicano eparansolfato della superficie cellulare che regola la risposta infiammatoria, la proliferazione delle cellule muscolari lisce (SMC) in caso di danno vascolare ed è prognosticamente necessario per determinare la dinamica della risposta infiammatoria nell'organismo.

Conclusione

Il livello iniziale di questi marcatori consente di valutare lo stato generale dei processi metabolici nel tessuto osseo, nonché di giustificare la possibilità di sospendere i farmaci che hanno causato cambiamenti necrotici nelle mascelle. È noto che le necrosi delle mascelle associate a farmaci si verificano in seguito all'assunzione di farmaci (aminobisfosfonati, anticorpi monoclonali, sostanze narcotiche contenenti fosfato) dopo un trauma, come un intervento di estrazione dentale. Ad esempio, l'esecuzione dei marcatori sopra menzionati nei pazienti con osteonecrosi medicamentosa della mandibola a lungo termine (sei mesi o più) è necessaria per controllare la riassorbimento. In caso di osteoporosi, l'attività della fosfatasi alcalina specifica per l'osso di 66,4 ± 8,7 U/l è stata riscontrata in donne di età superiore ai 59 anni. Il livello medio di osteocalcina ha rivelato una differenza significativa tra osteoporosi postmenopausale (16,16 ± 4,50 ng/ml) e non osteoporosi (11,26 ± 3,07 ng/ml) nelle donne. L'assenza del fattore von Willebrand nel siero mostra processi angiogenici marcati: nei modelli in vitro è stata dimostrata un'importante aumento della proliferazione delle cellule endoteliali in assenza del fattore von Willebrand. Nei pazienti con osteonecrosi si osserva una diminuzione del VEGF. Lo studio dei marcatori di degenerazione del tessuto osseo e dei marcatori vascolari consente di comprendere più chiaramente i principi di insorgenza dell'osteonecrosi e, di conseguenza, di prevedere più chiaramente, identificare potenziali marcatori di reazione infiammatoria e degenerazione ossea, nonché di scegliere in modo appropriato la strategia di trattamento per questi pazienti, il tipo di intervento chirurgico: conservativo, chirurgico (resezione parziale, resezione completa delle mascelle), palliativo, preparazione pre- e post-farmacologica dell'organismo all'intervento.

G.A. Kosach, S.I. Kutukova, T.D. Vlasov, A.I. Yaremenko

Elenco delle opere

1. Marx RE, et al. Osteonecrosi indotta da bisfosfonati orali: fattori di rischio, previsione del rischio utilizzando il test CTX sierico, prevenzione e trattamento. Journal of oral and maxillofacial surgery: rivista ufficiale dell'American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons. 2007. 65(12):2397-410 doi: 10.1016/j.joms.2007.08.003

2. Sales Lima MV1 de, et al. Osteonecrosi della mandibola correlata a denosumab: un rapporto di caso. Journal of Oral and Maxillofacial Research. 2018;Dic;30;9(4):e5. doi: 10.5037/jomr.2018.9405

3. Mawardi H, et al. Osteonecrosi della mandibola associata a ziv-aflibercept. Journal of Gastrointestinal Oncology. 2016 Dic;7(6):E81-E87. doi: 10.21037/jgo.2016.05.07

4. Harold N Rosen. Uso di marcatori biochimici del turnover osseo nell'osteoporosi. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. 2008;46(10):1345-57. doi: 10.1515/CCLM.2008.310

5. Del Fattore, Andrea, Anna Teti, e Nadia Rucci. Recettori e segnalazione degli osteoclasti. Archives of biochemistry and biophysics. 2008;473(2):147-60. doi: 10.1016/j.abb.2008.01.011

6. Chen X, et al. Interazioni osteoblasti-osteoclasti. Connective tissue research. 2018;59(2):99-107. doi: 10.1080/03008207.2017.1290085

7. Kathryn L, ed. Fisiopatologia: La base biologica per le malattie negli adulti e nei bambini. 8 edizione. 2019. Disponibile da: https://vk.com/doc313186384_520259268?hash=08f64 af1b82bfc6a95&dl=c27e5d0e4f93077aa1

8. Brad W.Neville, et al. Patologia parodontale, in Color Atlas of Oral and Maxillofacial Diseases. 2019;93-107. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-55225-7.00004-X

9. Marx RE. Pamidronato (Aredia) e zoledronato (Zometa) indotti da necrosi avascolare delle mandibole: un'epidemia in crescita. Journal of oral and maxillofacial surgery: rivista ufficiale dell'American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons. 2003;61(9):1115-7. doi: 10.1016/S0278-2391(03)00720-1

10. Ruggiero SL et al. Documento di posizione dell'American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons sull'osteonecrosi della mandibola correlata ai farmaci - aggiornamento 2014. Journal of oral and maxillofacial surgery: rivista ufficiale dell'American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons. 2014;Ott;72(10):1938-56. doi: 10.1016/j.joms.2014.08.017