Zapalenie błony maziowej u koni może mieć wiele przyczyn, w tym przeciążenie stawów związane z intensywnym treningiem lub długotrwałą pracą, urazy mechaniczne spowodowane kontuzjami, infekcje bakteryjne, niedobory żywieniowe czynniki genetyczne, warunki hodowli, a także wiek koni. Zaniechanie leczenia najczęściej prowadzi do rozwoju choroby zwyrodnieniowej stawów. Obecnie najczęściej w leczeniu zapalenia błony maziowej u koni stosuje się metody farmakologiczne, jednak istnieje duże zainteresowanie metodami biologicznymi.  Najnowsze badania wskazują, że jedną z najbardziej obiecujących strategii leczenia zapalenie błony maziowej mogą być terapie mitochondrialne.


 

Zapalenie błony maziowej – przyczyny, przebieg i obecnie stosowane metody leczenia

Każdy staw składa się z dwóch nasad kości, które pokrywa chrząstka stawowa a całość otoczona jest torebką stawową. Wnętrze stawu wyściela cienka warstwa tkanki (błona maziowa), zwana także błoną wewnętrzną torebki stawowej. Produkuje ona płyn maziowy, który zmniejsza tarcie w trakcie ruchu stawu, chroni go przed mechanicznymi uszkodzeniami i wspomaga motorykę stawów. Błona maziowa posiada także właściwości odżywcze i nawilżające, dzięki czemu wpływa na zdrowie i kondycję chrząstki stawowej. Gdy dochodzi do jej uszkodzenia błona ta rozrasta się, prowadząc do stanu zapalnego.

Zapalenie błony maziowej ZBM (ang. synovitis) jest jedną z najpoważniejszych chorób ortopedycznych u koni powodowane urazami, zakażeniami poprzez rany penetrujące do wnętrza stawu, przeciążeniem stawu, jego nieprawidłową budową, osteochondrozą (martwicą w obrębie tkanek chrzęstno-kostnych) oraz hemartrozą (krwawieniem do stawów). Zapalenie błony maziowej może powstawać również w sposób nagły, bez wskazania konkretnych wcześniejszych przyczyn. Schorzenie to występuje z jednakową częstością u obu płci, u wszystkich ras i w każdym wieku. Objawy ZBM u koni mogą różnić się w zależności od stopnia i przyczyny choroby. Wśród najczęściej występujących można zaobserwować ograniczenie ruchu stawu, kulawiznę, opuchliznę i zaczerwienienie okolic stawu, spadek zdolności i chęci koni do ruchu przyczyniający się do ograniczenia aktywności fizycznej. Ponadto, występuje wysięk, obrzęk oraz zwiększenie ciepłoty skóry i wrażliwość na dotyk w okolicy stawu. Zaniechanie wczesnego leczenia ZBM w końcowym etapie prowadzi do powstania choroby zwyrodnieniowej stawów. Leczenie farmakologiczne ZBM generuje znaczne straty finansowe oraz wpływa na długi czas trwania leczenia co wyklucza konie z ich dalszej kariery sportowej.

Obecnie podstawą leczenia zapalenia błony maziowej jest podawanie ogólnoustrojowych i miejscowych środków przeciwzapalnych oraz przeciwbakteryjnych w celu zmniejszenia bólu oraz obniżenia stanu zapalnego i eliminacji zakażenia drobnoustrojami. Stosowane jest również fizyczne usuwanie bakterii i ich toksyn poprzez płukanie igłowe, otwarty drenaż lub artroskopię, czyli małoinwazyjny zabieg pozwalający na diagnostykę i leczenie stawu zajętego chorobą. Od lat w celu leczenia ZBM stosowane są wewnątrzstawowe iniekcje kwasu hialuronowego, leków sterydowych, kondycjonowanej surowicy, osocza bogatopłytkowego i komórek macierzystych. W celu poprawy odżywienia stawu i uniknięcia erozji tkanki chrzęstnej wykorzystuje się suplementacje kwasami tłuszczowymi omega-3, glikozaminoglikanami, chondroityną, glukozaminą oraz kolagenem i metioniną, których działanie stymuluje produkcji lubrykantów przez komórki torebki stawowej. Stosowanie dodatków paszowych o w/w składzie ma łagodzić symptomy towarzyszące ZBM. Niestety, mimo wielu wykorzystywanych metod leczenia, ZBM nadal stanowi wyzwanie dla medycyny weterynaryjnej.


 

Patogeneza zapalenia błon maziowych na poziomie molekularnym

Dane naukowe wskazują, że w przebiegu zapalenia błon maziowych udział biorą dwa typy komórek tworzących błonę torebki stawowej: synowiocyty A i synowiocyty B. Synowiocyty A to makrofagi odpowiadające za niszczenie i pochłanianie drobnoustrojów oraz uszkodzonych i obumierających komórek. Synowiocyty B z kolei odpowiedzialne są m.in. za produkcję i wydzielanie hialuronianu i lubrykantów do wnętrza torebki stawowej. Gdy dochodzi do stanu chorobowego synowiocyty tracą swoje właściwości ochronne tkanek chrzęstnych w wyniku czego zostaje zachwiana równowaga immunologiczna stawów. W czasie ZBM synowiocyty B mnożą się w sposób nadmierny, uszkadzają tkankę chrzęstną oraz produkują szereg białek i metabolitów powodujących nieodwracalną degradację komórek budujących stawy i składników płynu maziowego. Prowadzi to do aktywacji synowiocytów A wytwarzających czynniki prozapalne. W następstwie tego procesu dochodzi do stresu oksydacyjnego, niedotlenienia komórek oraz zaburzenia tworzenia naczyń krwionośnych w obrębie tkanki, doprowadzając i pogłębiając stan zapalny błony maziowej i całego stawu.


 

Udział mitochondriów w zapaleniu błon maziowych

Jedną z przyczyn stresu oksydacyjnego związanego ze stanem zapalnym błony maziowej są zaburzenia w funkcjonowaniu mitochondriów synowiocytów. Mitochondria to organelle obecne w większości komórek eukariotycznych zawierające własny genom w postaci kolistej dwuniciowej cząsteczki DNA (mtDNA). Funkcją mitochondriów jest wytwarzanie energii w postaci ATP poprzez proces zwany oddychaniem komórkowym ze składników odżywczych takich jak glukoza i kwasy tłuszczowe w obecności tlenu. Ponadto mitochondria regulują wiele ważnych funkcji, związanych z regulacją szlaków metabolicznych i sygnałowych komórki. Między innymi, regulują równowagę jonów wapniowych w komórce, odpowiadają za syntezę hemu, lipidów, aminokwasów, czy też nukleotydów. Pełnią także kluczową rolę w fizjologicznym procesie programowanej śmierci komórki (apoptoza). Zjawisko to przebiega w sposób regularny i pozwala na zachowanie prawidłowego funkcjonowania organizmu.

 


 

Transfer mitochondrialny 

Genom mitochondrialny ulega zmianom w odpowiedzi na liczne czynniki stresogenne. Badania wykazały, że mitochondria mogą również przemieszczać się międzykomórkowo. Zdolność mitochondriów do przechodzenia z jednej komórki do drugiej stała się obiektem zainteresowania wielu badaczy i została nazwana transferem mitochondrialnym (ang. mitochondrial transfer). Transfer mitochondriów odgrywa istotną funkcję zarówno w komórkach zdrowych jak i chorych odpowiadając za utrzymania ich fizjologicznej funkcji. Transfer mitochondriów pomaga chronić komórki przed stresem oksydacyjnym przywracając ich prawidłową funkcjonalnoś

. W przypadku niedotlenienia komórki (np. komórki mięśniowej serca), uszkodzenia materiału genetycznego czy stymulacji czynnikami prozapalnymi, w wyniku sygnałowania komórkowego dochodzi do tworzenia nanokanałów (ang. gap junction) między zdrową a zestresowaną komórką umożliwiających transfer mitochondriów. Połączenia te są najbardziej wszechobecnym i pierwotnym sposobem komunikacji między komórkami. Ponadto, przekazywanie mitochondriów może odbywać się z wykorzystaniem pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. Synowiocyty fibroblastopodobne, posiadające mitochondria z upośledzona funkcją oddychania komórkowego oraz posiadające mutacje w obrębie mtDNA przyczyniają się do szybszego rozrostu wadliwych komórek, wywołując uszkodzenia tkanki chrzęstnej. Zmiany w funkcjonowaniu tych organelli prowadzą nie tylko do zaburzenia generowaniu reaktywnych form tlenu i tlenków azotu, ale także mogą prowadzić do agresywnej zmiany fenotypu synowiocytów B.


 

Mitoterapia jako obiecująca metoda leczenia zapalenia błon maziowych

Zespół naukowców z Uniwesytetu Przyrodniczego we Wrocławiu (UPWr) pod kierownictwem prof. dr hab. Krzysztofa Marycza przeprowadził badania dotyczące możliwość zastosowania transferu mitochondrialnego, tzw. mitoterapii, czyli zastąpienia dysfunkcyjnych mitochondriów ich zdrowymi odpowiednikami w leczeniu ZBM. Mitoterapia coraz częściej uznawana jest za potencjalny sposób odnawiania uszkodzonych komórek i tkanek w wielu schorzeniach.

Metody wykorzystujące transfer zdrowych mitochondriów do uszkodzonych komórek mogą przyczyniać się do hamowania stanu zapalnego w obrębie chorych tkanek, a tym samym do procesu naprawczego komórek biorcy oraz przywrócenia ich pełnej funkcjonalności.

Do tej pory mitoterapię badano pod kątem jej użyteczności w leczeniu zaburzeń neurologicznych, sercowo-naczyniowych, niealkoholowego stłuszczenia wątroby, nowotworów i w analizie toksyczności leków. Technika transferu mitochondriów mimo wielu zalet, posiada jednak pewne ograniczenia. Jedną z nich jest prawdopodobieństwo wystąpienia silnej reakcji immunologicznej organizmu biorcy. Ponadto mitoterapia wymaga szybkiej izolacji i prawie że natychmiastowego wykorzystania mitochondriów do transplantacji. Obecnie trwają liczne badania nad rozwiązaniem tych ograniczeń wraz z optymalizacją izolacji i konserwacji mitochondriów wkluczające modyfikacje, które pozwalają na lepsze dostarczanie i internalizację tych organelli do tkanek i komórek biorcy.

Naukowcy z UPWr przy wykorzystaniu synowiocytów pobranych od koni i zaindukowaniu w nich stanu zapalnego zbadali ich zdolność do przyjmowania zdrowych mitochondriów pochodzących z krwi tych samych zwierząt. W badaniach tych wykazano poprawę funkcji mitochondriów w komórkach biorcy poprzez modulację odpowiedzi immunologicznej oraz stwierdzono poprawę stanu mitochondriów i regulacji ich powstawania w komórkach biorcy. Uzyskane wyniki badań pokazują, że mitoterapia może stanowić obiecującą strategię w leczeniu zapalenia błony maziowej u koni. Kolejnym krokiem w celu sprawdzenia skuteczności tej metody jest przeprowadzenie badan klinicznych z wykorzystaniem chorych zwierząt.


 

Podsumowanie

Obecnie stosowane farmakologiczne metody leczenia błony maziowej u koni mają na celu zredukowanie bólu oraz zmniejszenie stanu zapalnego. Nawracający charakter tej choroby przyczynia się do konieczności wdrożenia nowych terapii, dążących do skutecznego wyeliminowania przyczyn tego schorzenia. Z powodu udziału niefunkcjonalnych mitochondriów w synowiocytach B w patogenezie zapalenia błony maziowej, zastosowanie transferu mitochondrialnego może stanowić obiecującą terapię ZBM. Zainteresowanie badaczy mitoterapią pokazuje, że wdrożenie tej metody może przyczynić się do opracowania efektywnego procesu terapeutycznego ZBM. Jednak niezbędna jest dalsza ewaluacja tej metody w badaniach klinicznych. Potwierdzenie wyników badań in vitro w badaniach in vivo u koni dotkniętych zapalaniem błony maziowej może w dalszej perspektywie przyczynić się do wdrożenia tej metody w praktyce weterynaryjnej.

 

Agnieszka Dąbrowska (1,2), prof. dr hab. Krzysztof Marycz (1,2,3), dr hab. Jarosław Króliczewski (1,2)

(1) Katedra Biologii Eksperymentalnej, Wydział Biologii i Hodowli Zwierząt, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Norwida 27B, 50-375 Wrocław

(2) Międzynarodowy Instytut Medycyny Translacyjnej, Jesionowa 11, Malin 55-114 Wisznia Mała

(3) Department of Medicine and Epidemiology, School of Veterinary Medicine, University of California, Davis, Davis, CA 95516, USA 
 


 

Źródła:

Kornicka-Garbowska, K., Groborz, S., Lynda, B., Galuppo, L., Marycz, K., 2022. Mitochondria transfer restores fibroblasts-like synoviocytes (FLS) plasticity in LPS-induced, in vitro synovitis model. Cell Commun Signal 20, 137. https://doi.org/10.1186/s12964-022-00923-2

McCully, J.D., Levitsky, S., Nido, P.J., Cowan, D.B., 2016. Mitochondrial transplantation for therapeutic use. Clinical and Translational Medicine 5. https://doi.org/10.1186/s40169-016-0095-4

Cassano, J.M., Marycz, K., Horna, M., Nogues, M.P., Morgan, J.M., Herrmann, D.B., Galuppo, L.D., Vapniarsky, N., 2023. Evaluating the Safety of Intra-Articular Mitotherapy in the Equine Model: A Potential Novel Treatment for Osteoarthritis. Journal of Equine Veterinary Science 120, 104164. https://doi.org/10.1016/j.jevs.2022.104164

Choroba zwyrodnieniowa stawów u koni, https://aptuspet.pl/, 18.03.2021, https://aptuspet.pl/blog/choroba-zwyrodnieniowa-staw%C3%B3w-u-koni/ [dostęp 22.02.2023]

Fu, A., Shi, X., Zhang, H., Fu, B., 2017. Mitotherapy for Fatty Liver by Intravenous Administration of Exogenous Mitochondria in Male Mice. Front. Pharmacol. 8, 241. https://doi.org/10.3389/fphar.2017.00241

Pourahmad, J., Handali, S. and Rezaei, M., 2021. Mitotherapy, an attractive avenue for the future medicine, Mitochondrial Metabolism, pp. 277–293. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-822416-8.00009-9

Fu, A. et al. 2017. Mitotherapy for fatty liver by intravenous administration of exogenous mitochondria in male mice. Frontiers in Pharmacology, 8. https://doi.org/10.3389/fphar.2017.00241

Liu, D., Gao, Y., Liu, J. et al. 2021. Intercellular mitochondrial transfer as a means of tissue revitalization. Sig Transduct Target Ther 6, 65. https://doi.org/10.1038/s41392-020-00440-z