Alterations in small non-coding RNAs (miRNAs) and the potential role in the development of aseptic loosening after total hip replacement

Abstract

Background/Objectives: Total hip arthroplasty (THA) is an effective orthopedic procedure providing pain relief and functional restoration. Despite advances, aseptic loosening (AL) remains the most frequent long-term complication, often necessitating revision surgery. AL involves chronic periprosthetic inflammation, macrophage activation, and osteolysis, but its molecular mechanisms remain incompletely understood. Circulating microRNAs (miRNAs), short non-coding RNAs regulating gene expression post-transcriptionally, arestable, minimally invasive biomarkers implicated in bone metabolism and immune signaling. This study evaluated the expression of selected inflammation- and osteolysis-related miRNAs (let-7i-5p, let-7e-5p, miR-15a-5p, miR-30a-3p, miR-130a-3p) in patients with AL following THA, compared with asymptomatic THA recipients and osteoarthritic controls, to assess their biomarker potential and role in AL pathogenesis. Materials and methods: Peripheral blood samples were collected from three cohorts: patients undergoing revision surgery for AL, asymptomatic THA recipients, and osteoarthritic controls, totaling 63 patients (21 per group). Total RNA was extracted and miRNA expression quantified by qRT-PCR. Relative expression was calculated using the 2–ΔΔCt method after normalization. Statistical comparisons between groups were performed, and in silico analyses predicted miRNA target genes involved in inflammatory and osteolytic pathways, including TLR4, NF-κB, NLRP3, and macrophage polarization. Results: Distinct expression patterns were observed. Let-7i-5p, miR-30a-3p, and miR-130a-3p were significantly downregulated in AL patients, suggesting enhanced inflammatory signaling, osteoclast activation, and dysregulated osteoblast/osteoclast balance. These findings indicate that miRNAs act as both active regulators and potential early biomarkers of AL. Conclusions: Circulating miRNAs are promising minimally invasive biomarkers for early AL detection following THA. Validation in larger cohorts could enable clinical translation and development of miRNA-targeted therapeutic strategies.

Σκοπός: Η ολική αρθροπλαστική ισχίου (OAI) αποτελεί μια αποτελεσματική ορθοπαιδική επέμβαση, προσφέροντας ανακούφιση από τον πόνο και αποκατάσταση της λειτουργικότητας. Παρά τις τεχνολογικές και χειρουργικές βελτιώσεις, η άσηπτη χαλάρωση παραμένει η πιο συχνή μακροπρόθεσμη επιπλοκή, συχνά απαιτώντας επεμβάσεις αναθεώρησης. Η άσηπτη χαλάρωση χαρακτηρίζεται από χρόνια περιπροθετική φλεγμονή, ενεργοποίηση μακροφάγων και οστεόλυση, ενώ οι μοριακοί μηχανισμοί της δεν έχουν πλήρως κατανοηθεί. Τα κυκλοφορούντα miRNAs, μικρά μη-κωδικά RNA που ρυθμίζουν την έκφραση γονιδίων σε μετα-μεταγραφικό επίπεδο, είναι σταθερά μόρια τα οποία αποτελούν ελάχιστα επεμβατικούς βιοδείκτες που εμπλέκονται στον μεταβολισμό των οστών και στην ανοσολογική σηματοδότηση. Σκοπός της μελέτης είναι η αξιολόγηση της έκφρασης επιλεγμένων miRNAs σχετιζόμενων με φλεγμονή και οστεόλυση (let-7i-5p, let-7e-5p, miR-15a-5p, miR-30a-3p και miR-130a-3p) σε ασθενείς με άσηπτη χαλάρωση μετά από ΟΑΙ, σε σύγκριση με ασυμπτωματικούς ασθενείς μετά από ΟΑΙ και ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα, για την εκτίμηση της συμμετοχής τους στην παθογένεση της άσηπτης χαλάρωσης καθώς και της πιθανής χρησιμότητάς τους ως βιοδείκτες. Υλικά και Μέθοδοι: Δείγματα περιφερικού αίματος συλλέχθηκαν από τρεις ομάδες ασθενών: ασθενείς που υποβάλλονται σε αναθεώρηση ΟΑΙ λόγω άσηπτης χαλάρωσης, ασυμπτωματικοί ασθενείς μετά από ΟΑΙ και ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα, συνολικά 63 ασθενείς (21 ανά ομάδα). Συνολικό RNA εξήχθη και η έκφραση των υπό εξέταση miRNAs ποσοτικοποιήθηκε με χρήση της μεθόδου qRT-PCR. Η σχετική έκφραση υπολογίστηκε με τη χρήση της μεθόδου 2–ΔΔCt μετά από κατάλληλη ομαλοποίηση. Η στατιστική ανάλυση συνέκρινε τα επίπεδα έκφρασης μεταξύ ομάδων, ενώ οι in silico αναλύσεις προέβλεψαν γονίδια στόχους miRNAs που συμμετέχουν σε φλεγμονώδεις και οστεολυτικούς μηχανισμούς, όπως TLR4, NF-κB, NLRP3 και η ενεργοποίηση των μακροφάγων. Αποτελέσματα: Παρατηρήθηκαν διακριτά πρότυπα έκφρασης μεταξύ των ομάδων. Τα let-7i-5p, miR-30a-3p και miR-130a-3p ήταν σημαντικά ελαττωμένα σε ασθενείς με άσηπτη χαλάρωση, υποδηλώνοντας αυξημένη φλεγμονώδη σηματοδότηση, ενεργοποίηση οστεοκλαστών και διαταραχή της ισορροπίας οστεοβλαστών/οστεοκλαστών. Τα ευρήματα αυτά υποδεικνύουν ότι τα συγκεκριμένα miRNAs λειτουργούν τόσο ως ενεργοί ρυθμιστές όσο και ως πιθανοί πρώιμοι βιοδείκτες της άσηπτης χαλάρωσης. Συμπεράσματα: Τα κυκλοφορούντα miRNAs αποτελούν υποσχόμενους, ελάχιστα επεμβατικούς βιοδείκτες για την πρώιμη ανίχνευση της άσηπτης χαλάρωσης μετά από ΟΑΙ. Η επικύρωση των παραπάνω αποτελεσμάτων σε μεγαλύτερους πληθυσμούς μπορεί να υποστηρίξει την ενσωμάτωσή τους στην κλινική διάγνωση και την ανάπτυξη στοχευμένων θεραπευτικών στρατηγικών.