Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Synovialleden är uppbyggd av hyalint brosk, subkondralt ben, ledkapsel med ledvätska samt senor och ligament. Hästens leder utsätts för stora påfrestningar vid arbete och det krävs att alla vävnaderna i leden samarbetar för att upprätthålla ledens funktion. Ledens uppgift är att fördela belastningen över hela ledens yta vid rörelse. Ledbrosket består av kondrocyter och extracellulärt matrix. Matrixet består till största delen av vatten, kollagen och proteoglykaner. Kollagenet bildar ett nätverk som ger leden en hög draghållfasthet. Mellan kollagenfibrillerna ligger proteoglykanaggregaten insprängda. Glykosaminoglykaner (GAGs) sitter bundna till proteinkedjan av molekylen. Dessa är negativt laddade och binder vatten, vilket ger leden en stötdämpande förmåga. Den vanligaste proteoglykanen i brosk är aggrekan vilken ute i matrixet är bunden till hyaluronsyra. Det subkondrala benet kan i viss utsträckning anpassa sig till den belastning som det utsätts för. Vid hårt arbete kan benet förtjockas och skleros kan ses på röntgen. Ledkapseln byggs upp av två lager – en yttre fibrös kapsel som ger mekanisk stabilitet samt ett inre synovialmembran innehållande synoviocyter, vilka producerar hyaluronsyra till ledvätskan. Ledvätskan är ett ultrafiltrat av blodet och innehåller stora mängder högmolekylär hyaluronsyra i en frisk led. Ledvätskan förser även brosket med näring.
Osteoartrit (OA) är en låggradig inflammatorisk sjukdom där ledens alla vävnader kan vara involverade. Den vanligaste orsaken till uppkomst av OA är felbelastning av leden under en längre tid, exempelvis vid träning. Hos en frisk led råder en balans mellan uppbyggande och nedbrytande processer i brosket. Vid en kronisk inflammation i leden ökar de katabola aktiviteterna. Broskhål kan ses makroskopiskt då de ingående matrixmolekylerna bryts ned. Ofta initieras OA av en synovit eller en kapsulit. Vid inflammationen frisätts proinflammatoriska cytokiner och mediatorer från synoviocyter och kondrocyter. IL-1 stimulerar de katabola enzymerna MMPs och ADAMTs, vilka bryter ned matrixkomponenter. I och med att broskmatrixet bryts ned blir leden mindre flexibel och tänjbar. Nya skador uppstår lättare då brosket har en nedsatt elasticitet på grund av degenereringen.
Mesenkymala stamceller (MSCs) är celler som kan differentiera ut till ben-, brosk-, sen- och fettceller vid rätt odlingsbetingelser eller vid olika omgivningsbetingelser i vävnaden. Intresset för stamcellsterapi har ökat kraftigt den senaste tiden på grund av stamcellernas tilltro att regenerera vävnad. Ledbrosket har hos en vuxen häst dålig regenerationsförmåga. Förhoppningen är därför att MSCs ska kunna användas rutinmässigt för att återbilda skadat brosk och återställa ledens ursprungliga funktion. Ett antal experimentella och kliniska studier har genomförts på häst, både med inducerad och med naturligt uppkommen OA. Vid behandling med MSCs har kliniska förbättringar, som minskad hälta och svullnad setts, och en stor andel av de behandlade hästarna har återgått till arbete. Resultaten är lovande och MSCs har stor potential som terapiform vid OA på häst i framtiden. Dock är antalet publicerade studier få och många av studierna saknar kontrollgrupper. Syftet med detta arbete är att studera de vetenskapliga studier som finns publicerade inom området, samt att beskriva synovialledens anatomi och patofysiologin bakom OA.

The synovial joint consists of hyaline cartilage, subchondral bone, joint capsule with synovial fluid, tendons and ligaments. The horse’s joints are exposed to great stress during training and it is required by all of the joint’s components to cooperate in order to maintain joint function. The function is to distribute the load over the entire surface of the joint during movement. The articular cartilage consists of chondrocytes and extracellular matrix (ECM). The matrix is mainly composed of water, collagen and proteoglycans. The collagen forms a network that provides the joint with a high tensile strength. Between the collagen fibrils, proteoglycans are embedded and glycosaminoglycans (GAGs) are bound to the protein chain molecule. GAGs are negatively charged and attract water. The water is pressed out under load, which gives the joint a shock absorbing capacity. The most common proteoglycan in cartilage is aggrecan which is bound to hyaluronic acid in the matrix. The subchondral bone can to some extent adapt to the loads it is subjected to. Training results in thickening of the bone and sclerosis can be seen on x-ray. The joint capsule is built up of two layers - an outer fibrous capsule which provides mechanical stability and an inner synovial membrane containing synoviocytes responsible for producing the hyluronic acid found in the synovial fluid. The synovial fluid is an ultrafiltrate of blood and contains large amounts of high molecular weight hyaluronic acid in a healthy joint. The synovial fluid supplies the cartilage with nutrients.
Osteoarthritis (OA) is a low-grade inflammatory disease of the joint in which all structures can be involved. The most common cause of OA is overload of the joint over a period of time, training for example. In a healthy joint there is a balance between anabolic and catabolic processes. In OA, these processes are in imbalance and the catabolic activity increases which results in breakdown of the ECM constituent seen as cartilage erosions macroscopically. OA is often initiated by synovitis or capsulitis. In the inflammation, proinflammatory cytokines and mediators are released by synoviocytes and chondrocytes. IL-1 stimulates the degrading enzymes MMPs and ADAMTs, which degrade matrix components. When the cartilage matrix is degraded, the joint becomes less flexible and elastic. New injuries occur more easily when the cartilage has a reduced elasticity due to the degeneration.
Mesenchymal stem cells (MSCs) have the capacity to differentiate into a variety of connective tissue cells including bone, cartilage, tendon, muscle and adipose tissue at the right culture conditions or at different conditions in the surroundings of the tissue. The interest in stem cells as therapy has evolved rapidly, due to their regenerating capacity. Joint cartilage in an adult horse has poor regenerating capacity. The hope is therefore to use MSCs routinely to regenerate damaged cartilage and restore joint's original function. A number of experimental and clinical studies have been conducted on horses, both with induced and natural arising OA. When treated with MSCs, clinical improvements, as reduced lameness and swelling, were seen. A large percentage of the treated horses did return to work. MSCs have a promising potential to serve as therapy for OA in the future. However, there are still very few studies published in the field and many of the trials lack control groups. The aim of this paper is to review the scienfitic studies that are published in the field, describe the anatomy of the synovial joint and the pathophysiology behind OA.