Artrosi-Immagine Credit Public Domain-
L’osteoartrosi è una malattia degenerativa delle articolazioni causata dalla rottura della cartilagine che affligge più di 35 milioni di adulti negli Stati Uniti.
La composizione del liquido sinoviale o lubrificante articolare, cambia in modo significativo nell’artrosi: la concentrazione e il peso molecolare dell’acido ialuronico tendono a diminuire ed è comunemente usato per diagnosticare la malattia.
Un gruppo internazionale di ricercatori ha esplorato “la rottura” dell’acido ialuronico causata dalla malattia e le implicazioni meccanicistiche di questi cambiamenti sulla lubrificazione e la conseguente usura delle articolazioni. Il loro articolo, “Insight into the assembly of lipid-ialuronan complexs in osteoartritic condition“, è scritto da Kangdi Sun, Tooba Shoaib, Mark W. Rutland, Changwoo Do e Rosa M. Espinosa-Marzal. È pubblicato sulla rivista Biointerphases l’11 aprile 2023.
“Una delle proprietà più importanti del liquido sinoviale è la sua viscosità“, ha affermato la coautrice Rosa Maria Espinosa-Marzal dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign. “La viscosità è una misura della forza di attrito interna tra strati adiacenti di un fluido in movimento relativo o, più semplicemente, la resistenza di un fluido al flusso. Polimeri di grandi dimensioni e ad alto peso molecolare come l’acido ialuronico svolgono un ruolo significativo nel mantenere un’elevata viscosità del liquido sinoviale, che aiuta a mantenere un film fluido e riduce l’attrito tra le superfici articolari durante il movimento“.
Attraverso l’analisi con neutroni e diffusione della luce (studi condotti da Changwoo Do e Tooba Shoaib presso l’Oak Ridge National Laboratory), il team ha determinato che la struttura dei complessi lipidi-acido ialuronico nella soluzione di massa è una funzione della concentrazione e peso della sua molecola peso.
Spiegano gli autori:
“Le interazioni tra le molecole nel liquido sinoviale e la superficie della cartilagine possono svolgere un ruolo vitale nella formazione di film adsorbiti che contribuiscono al basso attrito della lubrificazione del confine della cartilagine. L’osteoartrosi (OA) è la più comune malattia degenerativa delle articolazioni. Precedenti studi hanno dimostrato che nelle articolazioni affette da OA, l’acido ialuronico (HA) non solo si scompone risultando in un peso molecolare (MW) molto più basso, ma anche la sua concentrazione si riduce di dieci volte. Qui, abbiamo studiato i cambiamenti strutturali dei complessi lipidici-HA in funzione della concentrazione di HA e MW per simulare le condizioni fisiologicamente rilevanti che esistono nelle articolazioni sane e malate. Lo scattering di neutroni a piccolo angolo e lo scattering dinamico della luce sono stati utilizzati per determinare la struttura delle vescicole lipidiche HA in soluzione sfusa, mentre una combinazione di microscopia a forza atomica e microbilancia a cristalli di quarzo è stata applicata per studiarne l’assemblaggio su una superficie d’oro. Deduciamo un’influenza significativa delle concentrazioni di MW e HA sulla struttura dei complessi HA-lipidi alla rinfusa e assemblati su una superficie d’oro. I nostri risultati suggeriscono che l’HA a basso peso molecolare non può formare uno strato amorfo sulla superficie dell’oro, che dovrebbe avere un impatto negativo sull’integrità meccanica e sulla longevità dello strato limite e potrebbe contribuire all’aumento dell’usura della cartilagine che è stata segnalata nelle articolazioni malate di O.A“.
I ricercatori dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, Kangdi Sun ed Espinosa-Marzal, in collaborazione con Mark Rutland, del KTH Royal Institute of Technology, hanno scoperto che la concentrazione e il peso molecolare dell’acido ialuronico svolgono entrambi un ruolo nel modo in cui il lubrificante reagisce con diverse superfici.
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“I nostri risultati mostrano che l’acido ialuronico a basso peso molecolare, che imita le articolazioni affette da osteoartrite, ostacola l’assorbimento del complesso acido ialuronico-lipidico“, ha affermato Espinosa-Marzal. “La mancanza della formazione di un film amorfo sulla superficie può riflettere una conseguenza dell’osteoartrosi, poiché questo film dovrebbe aiutare a ridurre l’attrito e l’usura“.
La loro ipotesi è che l’assenza di questo film possa aumentare l’usura della superficie della cartilagine. Al contrario, i complessi acido ialuronico-lipide ad alto peso molecolare formano un film amorfo, che presumibilmente aiuta a mantenere l’integrità meccanica e la longevità di una lubrificazione efficiente nella cartilagine sana.
“Gli studi sull’acido ialuronico stesso e sui complessi acido ialuronico-lipidi “non supportano del tutto il ruolo dell’acido ialuronico nel fornire un’elevata lubrificazione alla superficie articolare della cartilagine, che è ancora un po’ controversa”, ha detto Espinosa-Marzal. “I nostri risultati indicano che per l’acido ialuronico a basso peso molecolare, questo è probabilmente il caso”.
Esplorando la complessa interazione tra l’autoassemblaggio di fosfolipidi e acido ialuronico e il ruolo del peso molecolare sull’affinità superficiale, “il nostro studio illumina un meccanismo in base al quale si può spiegare il” circolo vizioso “dell’artrosi”, ha affermato Rutland.
Fonte:Biointerphases
