Un modello computerizzato dell'ambiente cellulare all'interno del ginocchio sviluppato dai ricercatori dell'UT Southwestern Medical Center fa luce sul motivo per cui le donne tendono ad avere esiti peggiori dopo lesioni al ginocchio rispetto agli uomini. I loro risultati, pubblicati su Scientific Reports, potrebbero facilitare la ricerca di nuove terapie per i disturbi infiammatori del ginocchio e trattamenti personalizzati per i pazienti con queste condizioni.
"È importante quando progettiamo qualsiasi intervento medico che teniamo conto delle differenze fisiologiche tra uomini e donne", ha detto Yasin Dhaher, Professore di Medicina Fisica e Riabilitazione e Investigatore presso il Peter O'Donnell Jr. Brain Institute presso UT Southwestern.
"Questo studio introduce il primo modello matematico biologicamente informato e ispirato dell'infiammazione dell'articolazione sinoviale che incorpora le differenze di sesso endocrino, avanzando terapie mirate di precisione".
Il Dr. Dhaher ha co-condotto lo studio con Conner Hutcherson, Ph.D., un ex studente laureato presso l'UTSW. Il Dr. Hutcherson è ora membro dell'Oak Ridge Institute for Science and Education a supporto della Biomedical Advanced Research and Development Authority del Dipartimento della Salute e dei Servizi Umani (HHS) degli Stati Uniti.
L'artrosi post-traumatica (Ptoa), che si sviluppa dopo una lesione articolare significativa e spesso colpisce il ginocchio, è una delle principali cause di disabilità. Non solo le donne hanno maggiori probabilità di subire lesioni al ginocchio, ma hanno anche maggiori probabilità di sviluppare Ptoa.
I ricercatori hanno a lungo ipotizzato che le differenze di sesso nell'anatomia del ginocchio potrebbero essere responsabili di queste disparità. Tuttavia, ha detto il dottor Hutcherson, pochi studi si sono concentrati su come le differenze ormonali tra i sessi, compresi i cambiamenti che si verificano durante il ciclo mestruale, potrebbero influenzare i risultati dopo le lesioni al ginocchio. La raccolta di dati direttamente da pazienti umani è problematica perché la raccolta di campioni di tessuto e fluidi dall'interno del ginocchio è eccessivamente invasiva, ha spiegato il dottor Dhaher. Tuttavia, i pochi modelli computerizzati esistenti di lesioni al ginocchio non hanno incorporato effetti specifici del sesso, compresi gli effetti degli ormoni, ha detto.
Per colmare questa lacuna, i ricercatori hanno costruito su un modello computerizzato originariamente riportato nel 2018 dal dottor Dhaher e dai colleghi ricercatori mentre era alla Northwestern University. Il nuovo modello ha esaminato il modo in cui tre tipi di cellule rispondono a varie concentrazioni di estrogeni, progesterone e testosterone, i tre principali ormoni sessuali, dopo un infortunio al ginocchio simulato. Questi tipi di cellule sono i condrociti, i fibroblasti sinoviali e i macrofagi.
I ricercatori hanno raccolto dati per costruire il nuovo modello da uno studio dell'UTSW sui cambiamenti ormonali durante il ciclo mestruale in soggetti umani di sesso femminile, insieme a studi precedentemente pubblicati che hanno esaminato il modo in cui le cellule rispondono alle proteine infiammatorie e agli ormoni sessuali.
Il nuovo modello ha suggerito che quando le concentrazioni di estrogeni sono più alte durante le mestruazioni, in genere poco prima dell'ovulazione, le cellule di un ginocchio che ha subito una lesione simulata producono più proteine ed enzimi pro-infiammatori che degradano il tessuto del ginocchio, producendo anche meno proteine antinfiammatorie.
Al contrario, livelli elevati di testosterone, caratteristici dell'ambiente ormonale all'interno delle ginocchia maschili, hanno portato a una ridotta produzione di proteine pro-infiammatorie ed enzimi degradativi, aumentando al contempo la produzione di proteine antinfiammatorie.
Di tutti i tipi di cellule e molecole esaminate nel modello, i macrofagi che invadono il ginocchio dopo l'infortunio e le proteine che producono influenzano maggiormente il processo infiammatorio, suggerendo che le terapie mirate a questi agenti potrebbero avere il massimo impatto nella prevenzione o nel trattamento del Ptoa.
Gli autori dello studio suggeriscono che il loro modello potrebbe essere utilizzato per studiare come i farmaci influenzano l'infiammazione nelle ginocchia maschili e femminili simulate. Hanno aggiunto che i medici in futuro potrebbero utilizzare un sistema simile per sviluppare terapie personalizzate per il Ptoa e altre condizioni, incorporando le caratteristiche biologiche specifiche di un paziente.

Bibliografia
Hutcherson C, et al. Unraveling the complex interplay of sex, endocrinology, and inflammation in post-Injury articular cartilage breakdown through in silico modeling. Sci Rep 2024. https://doi.org/10.1038/s41598-024-77730-x
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