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. 2022 Jul 6;58(2):271–278. doi: 10.1055/s-0042-1750832

Investigation the Effect of Human Recombinant Epidermal Growth Factor on Rotator Cuff Healing: An Experimental Model *

Anil Gulcu 1,, Egemen Turhan 2, Ahmet Aslan 1, Sevil Çaylı 3, Ebru Alimogullari 3, Gülben Akcan 3
PMCID: PMC10212643  PMID: 37252305

Abstract

Objective  To investigate the effectiveness of human recombinant epidermal growth factor in the healing of rotator cuff tear in the rabbit shoulder.

Methods  Rotator cuff tears (RCTs) were experimentally created on both shoulders of 20 New Zealand rabbits. The rabbits were divided into the following groups: RCT (sham group; n  = 5), RCT + EGF (EGF group; n  = 5), RCT + transosseous repair (repair group; n  = 5), and RCT + EGF + transosseous repair (combined repair + EGF group; n  = 5). All rabbits were then observed for 3 weeks, and biopsies were taken from the right shoulders in the third week. After three more weeks of observation, all rabbits were sacrificed, and a biopsy removed from their left shoulders. All biopsy material was stained with haematoxylin & eosin (H&E) and vascularity, cellularity, the proportion of fibers and the number of fibrocartilage cells were evaluated under light microscope.

Results  The highest collagen amount and the most regular collagen sequence was detected in the combined repair + EGF group. The repair group and the EGF group showed higher fibroblastic activity and capillary formation when compared with the sham group, but the highest fibroblastic activity and capillary formation with highest vascularity was detected in the combined repair + EGF group ( p  < 0.001). EGF seems to improve wound healing in the repair of RCT. The EGF application alone, even without repair surgery, seems to be beneficial to RCT healing.

Conclusion  In addition to rotator cuff tear repair, application of human recombinant epidermal growth factor has an effect on rotator cuff healing in rabbit shoulders.

Keywords: rotator cuff injuries, wound healing, epidermal growth factor

Introduction

The rotator cuff is a complex anatomical structure that involves the humeral head and a multiple muscle insertion. Rotator cuff tears (RCTs) are the most common cause of shoulder pain, and intrinsic and extrinsic factors play a role in the etiopathogenesis of a RCT. 1 The indication of symptomatic RCTs can be listed as younger age, the full-thickness cuff tear, fail or insufficient response to non-operative management, occupations with the requirement of active overhead usage of shoulder, limitation of shoulder movements. 2 Despite all the advanced surgical management for the listed groups, poor healing in aging patients is the main problem for the management of this disease, and it can result in re-tears and poor functional outcomes. 2 3

Attempts have been made to explain the occurrence of RCTs based on both intrinsic and extrinsic mechanisms. The morphology of acromion is suspected to account for degenerative RCTs, whereas hypovascularity is viewed as another explanation. Regardless of the underlying mechanism, the current treatment strategies are focused on the fixation of RCTs to bone. 4 5 For this reason, surgical methods are combined with various healing stimulators, platelet rich plasma (PRP), growth factors, and stem cells, etc. Despite the recent use of these factors, the combined effects of additive treatment modalities require further investigation for clarification and understanding of the basis of tendon healing. 6 7

An experimental RCT model has shown that bone marrow stem cells, which are known to improve angiogenesis, also promote the growth of the tendon-bone interface. 6 Other important modulators, such as growth factors, are also being introduced as combination therapies for the medical treatment of many diseases. The main aim of all these strategies is to improve angiogenesis, suppress inflammatory responses, and increase cell proliferation at the site of injury. 8 Previous studies have reported the crucial role of growth factors in tendon healing through the promotion of cell proliferation and migration, matrix production, proteinase expression, fibronectin binding, promotion of cell proliferation, and collagen production. 7 8 These beneficial effects have been investigated in many kinds of musculoskeletal disorders.

One popular growth hormone used to treat musculoskeletal disorders is fibroblast growth factor (FGF). The beneficial effects of FGF as a potential RCT treatment was shown by Takahashi et al., who found upregulation of FGF in tenocytes as well as in tendon sheath fibroblasts and inflammatory cells in FGF-treated RCTs. 9 Vascular endothelial growth factor (VEGF) is another important modulator that can aid in the healing of musculoskeletal disorders. Bidder et al. 10 showed that VEGF treatment increased angiogenic effects and improved tendon healing in a canine experimental model. Similarly, epidermal growth factor (EGF) can also promote bone healing via a proposed mechanism that involves suppression of osteoblastic activity and promotion of osteogenic activity. 11

The aim of the present study was to investigate the effects of human recombinant EGF on RCT healing in an experimental animal model. The effects of EGF on neovascularity, fibroblast activity, and collagen production were studied in a rabbit model of RCT.

Materials & Methods

The study protocols were designed according to the animal welfare act and the guide for the care and use of laboratory animals. Ethical approval was obtained from our animal ethics and research committee (approval number: 2020/464). New Zealand rabbits were housed in climate-controlled cages with standard humidity (50 ± 5%) and temperature (22 ± 2°C) and with a 12-hour light/dark cycle in the laboratory of animal production unit in our animal laboratory. The sample size of the study was determined by the ethical committee to lead to minimal animal loss.

Study Protocol

Twenty male New Zealand rabbits (weighing between 2.5 and 3.5 kg) were divided into the following four groups:

  • Sham group ( n  = 5): Experimental RCTs were created on both shoulders and closed without repair.

  • EGF group ( n  = 5): Experimental RCTs were created on both shoulders, EGF was injected into both defects (25 µg/kg), and both were closed without repair.

  • RCT repair group ( n  = 5): Experimental RCTs were created on both shoulders, and both tendon defects were repaired.

  • Combined RCT repair + EGF group ( n  = 5): Experimental RCTs were created on both shoulders, both tendons were repaired, and EGF (75 µg/kg) was injected into both injury sites.

Surgical Procedure

Both shoulders were opened surgically with the rabbit under anesthesia (130 mg/kg i.p. ketamine [Ketalar - Pfizer Inc., New York, NY, USA] and 20 mg/kg i.p. xylazine [Rompun - Bayer AG, Leverkusen, Alemanha]). Antibiotic prophylaxis was administered as 20 mg/kg of intramuscular cefazolin sodium. As described in the previous literature, both deltoid muscles were split to expose the insertion of the supraspinatus tendon on the greater tuberosity, followed by transection of the supraspinatus tendon to create a tear almost 0.7 mm in length ( Fig. 1 ), while avoiding the insertion of the infraspinatus tendon. 12 The tears were repaired with a transosseous procedure using 5.0 prolene sutures (Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, NJ, USA). The EGF (Heberprot-P1, Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (CIGB), Havana, Cuba) was injected into the injury sites in the relevant groups. Intratendinous EGF was applied to the separated part from the supraspinatus tendon with an insulin injector.

Fig. 1.

Fig. 1

Experimentally creating a tear with supraspinatus tendon transection. (*) shows supraspinatus tear.

Postoperative Follow-Up

All rabbits were placed in individual cages after the treatments and were fed a standard diet. Eating and drinking habits were monitored, and the wounds were examined and cleaned daily with alcohol. No adverse situations were observed during this monitoring. On the third week, the right shoulder of every rabbit was opened, and tissue samples were obtained for histopathological examination. On the sixth week, the left shoulder was opened, and tissue samples were obtained for histopathological examination. All animals were sacrificed after the final experimental steps were completed.

Histochemistry and Histopathologic Evaluation

Five animals of each group were sacrificed under general anesthesia by intramuscular injection of 2 ml xylazine at 21 days and 42 days postoperatively for histological evaluations. After enucleation, the tendon was fixed in 4% formaldehyde for 48 hours to prevent tissue autolysis and putrefaction. The portion of each tendon, including the wound site was dissected, and embedded in paraffin. At least 10 sections 4-µm thick were cut from each tissue block, placed on slides and deparaffinized with xylene and a graded ethanol series. Each section was stained with hematoxylin/eosin (H&E) to identify vascularity, cellularity, the proportion of fibers oriented parallel/large diameter collagen fibers and the numbers of fibrocartilage cells. These features were graded on a scale from 0 to 4 according to a modification of a previous grading system used by Ide et al. 13 The grading scores for all groups were as follows: 1: < 25%, 2: 25–50%, 3: 50–75%, and 4: > 75%.

Morphometric analysis of the slide images was performed by image digitization and computational analysis using a specific image processing and analysis program (Image J, 1.50i - NIH, Bethesda, MD, USA). The areas representing the proportion of fibers oriented parallel/large diameter collagen fibers, vascularity, and cellularity were digitized from 5 fields observed using an Olympus BX43 light microscope (Olympus Europa SE & Co. KG, Hamburg, Germany) at ×100, ×200 and ×400 magnifications. The result for each element corresponds to the arithmetic mean of the percentage measured in each of the 5 adjacent fields (by the same researcher, S. C., for all cases).

Statistical Analysis

Statistical analysis was performed with SigmaPlot version 14 (Jandel Scientific Corp., San Rafael, CA, USA) for histochemistry analysis. Repetitive measurements from three samples were performed for each type of experiment, and all quantitative data were presented as mean ± standard error (SE) for all groups. Significant differences in the variables were assessed by analysis of variance (ANOVA) on ranks with the Holm-Sidak method, and multiple comparisons between the specific groups were conducted. Statistical analysis was performed with the IBM SPSS Statistics for Windows Ver. 19.0 package program for clinical score analysis (IBM Corp., Armonk, NY, USA).

Results

During the follow-up period, no anaphylactic reaction, adverse effects, or mortality were observed in any of the four groups.

The EGF-treated group had tighter collagen regulation when compared with the sham group ( Fig. 2 A , B , C , D ). Similarly, a higher collagen amount was detected in the EGF-treated group than in the sham group ( Fig. 2 ). Both the EGF and the sham groups had lower collagen amounts and a less regular collagen sequence when compared with the RCT repair group; however, the amount of collagen and the most regular collagen sequence were detected in the group receiving the combined RCT repair and EGF treatment ( Fig. 2 E , F , G , H ). The group with the combined treatment also had the thickest collagen and tendon measurements. The results for collagen and tendon thickness are listed in Table 1 .

Fig. 2.

Fig. 2

The histological examination of collagen distribution and arrangement of fibers in tissue samples from a rabbit model of rotator cuff tear (RCT) treated with or without surgical repair and with or without epidermal growth factor (EGF). The changes in the third week are shown in A, C, E, and G, and the changes in the 6 th week are shown in B, D, F, and H. The collagen bundles are indicated by black arrows. (Hematoxylin and eosin [H&E] staining; Bar: 20 µm)

Table 1. Collagen and tendon thickness in samples from a rabbit model of rotator cuff tear treated with or without surgical repair and with or without epidermal growth factor.

Groups Defect Defect + EGF* Defect + repair Defect + repair + EGF* Defect Defect + EGF* Defect + repair Defect + repair + EGF*
Sample histology 3 rd week
n:5
3 rd week
n:5
3 rd week n:5 3 rd week
n:5
6 th week n:5 6 th week n:5 6 th week n:5 6 th week
n:5
Collagen thickness 1.5 mm 1.9 mm 2.15 mm 2.4 mm 1.5 mm 1.9 mm 2.15 mm 2.4 mm
p 0.001
Total tendon
thickness
1.65 mm 2.15 mm 2.35 mm 2.55 mm 1.65 mm 2.15 mm 2.35 mm 2.55 mm
p 0.001

*EGF: epidermal growth factor, p  < 0.05 is significant

The group treated with EGF also showed greater capillary formation and increased fibroblastic activity than in the sham group ( Fig. 3 A , B , C , D ). The RCT repair group showed a moderate increment in capillary formation and fibroblastic activity when compared with the sham or EGF groups, but the highest fibroblastic activity and capillary formation with the highest vascularity was detected in the group receiving the combined RCT repair and EGF treatment ( Fig. 3 E , F , G , H ). The histological results were similar for vascularity, collagen deposition and fibroblastic activity at the third and sixth weeks, although these cellular activities were slightly higher in the sixth than in the third week. The group receiving the combined treatment showed marked vascularity, fibroblast density, parallel fiber density and continuity ( p  < 0.001), but the cellularity was only moderately increased in this group compared with the other groups ( p : 0.01). The statistical differences between groups in regard to vascularity, fibroblast density/continuity, and cellularity are presented in the bar graphs ( Fig. 4 ).

Fig. 3.

Fig. 3

The histological examination of the capillaries, the number of fibroblasts and their arrangement in tissue samples from a rabbit model of rotator cuff tear (RCT) treated with or without surgical repair and with or without epidermal growth factor (EGF). The changes in the third week are shown in A, C, E and G, and the changes in the sixth week are shown in B, D, F, and H. Capillaries are indicated with black arrows and fibroblast arrangements are marked with red arrows.

Fig. 4.

Fig. 4

Bar graphs of the tissue healing patterns for visual comparison between the groups.

Discussion

The literature includes many reports of the failure of RCT repair as an unresolved surgical issue. Therefore, most studies have focused on resolving this issue and improving the healing of RCT injuries. 14 The tendon attachments of the rotator cuff have a fibrocartilage connection for absorbing shocks. However, its anatomical position imposes greater exercise activity and larger mechanical loads. Incremental shock effects can, therefore, lead to separation of the tendon from this fibrocartilage structure and result in either non-healing or difficult-to-heal injuries. 15 All scientific investigations are consequently aimed at improving the difficult-to-heal wound structure with combinations of biological supplements. For instance, hyaluronic acid therapies have been investigated by Honda et al. 16 in the repair of experimental RCTs. They found that hyaluronic treatment of rabbits with RCT repairs increased chondrocyte formation and tendon maturity, while also enhancing the biomechanical strength. 16 Similarly, Ide et al. 13 studied the effects of fibroblast growth factor (FGF) on tendon-to-bone remodelling in rats with acute injury and repair of the supraspinatus tendon. They reported higher bone insertion maturation scores in FGF-treated rats when compared with an untreated RCT group. They also found increased biomechanical strength at the second, fourth and sixth weeks when FGF treatment was combined with RCT repair. 13 Similarly, our findings support the previous literature that indicates growth factors improve the outcomes of RCT repair. Differently, our results reveal the effects of human recombinant EGF instead of FGF on RCT recovery.

Randelli et al. 17 investigated platelet rich plasma (PRP) treatment after arthroscopic treatment of human subjects with RCT and reported improved outcomes with good postoperative scores in PRP-treated RCT patients. The demonstrated beneficial effects of PRP have led to its current use as a treatment for various orthopedic disorders. 17 18 19 Previous studies have claimed that PRP can improve tendon healing due to an involvement of growth factors, such as platelet derived growth factor (PDGF), epidermal growth factor (EGF), vascular endothelial growth factor and transforming growth factor β (TGF-β); these factors represent the key cytokines in PRP. 19 Platelet-rich plasma is also claimed to improve the capillary regeneration required for tendon healing. 20 The vascular response at the tendon-to-bone interface during rotator cuff repairs is accepted as a main step in the healing process, and its failure is a suspected cause of the failure of RCT repairs. 21 However, one study that compared PRP treatment versus EGF treatment on tendon healing claimed that EGF gave a higher neovascularization and greater tenocyte, fibroblast, collagen, and tissue macrophage levels, and the authors concluded that EGF may be a more effective treatment than other growth factors for tendon healing. 22 In light of this previous literature, we investigated the effect of human recombinant EGF on normal RCT healing, as well as the effect on vasculogenesis during the healing process.

The role of EGF has been examined in both pathological and normal tissue healing in previous studies. 23 Epidermal growth factor was found to act as a mitogenic factor for epithelial and endothelial cells, as well as for fibroblasts, and its application increased fibronectin synthesis, angiogenesis, fibroplasia and collagenase activity. 23 The crucial effect of EGF is initiated after the formation of a hemostatic platelet plug, which is a trigger step in wound healing. 23 Basal et al. 11 reported that EGF improves bone formation and microcirculation by provoking neoangiogenesis in early-stage osteonecrosis of the femoral head. Kocyigit et al. 24 investigated the effects of EGF treatment in a rat model of Achilles tendon healing and found more extensive vascularization, greater pericyte concentrations adjacent to vessel endothelial cells, and higher adipocyte concentrations in EGF-treated rats than in a normally healed group. However, they did not detect any biomechanical strength differences between EGF-treated and non-treated groups. 24 Similarly, we found increased vascularity, greater collagen deposition, and higher fibroblastic activity in EGF-treated rabbits with RCT. However, we were unable to conduct biomechanical strength tests because the bone tendon junction is rather weak in the animal rotator cuff.

Our findings indicated that injection of human recombinant EGF to a rabbit model of experimental RCT repair seemed to improve healing even in the absence of surgical repair. The fibroblastic activity, collagen deposition, and vascularity were all increased by the EGF treatment compared with the sham treatment. To the best of our knowledge, this is the first study to show a beneficial effect of EGF treatment on unrepaired RCTs.

Limitations of Study

The main limitation of the present study is its experimental design as an animal study. The effect of EGF should, therefore, be confirmed in human subjects. Another limitation is the small sample size, as the number of animals was kept as small as possible for ethical reasons. A comprehensive histological analysis with larger sample sizes will provide a better understanding of the effects of EGF.

Conclusion

In conclusion, EGF alone was found to enhance rotator cuff healing even in the absence of repair surgery. However, EGF is even more effective when provided in combination with RCT repair and the recovery seems faster. Therefore, the combination of EGF application with rotator cuff repair could be beneficial for treatment of the RCT, as this injury has a high recurrence risk due to insufficient healing.

Funding Statement

Suporte Financeiro Não houve suporte financeiro de fontes públicas, comerciais ou sem fins lucrativos.

Financial Support There was no financial support from public, commercial, or non-profit sources.

Conflito de Interesses Os autores não têm conflito de interesses a declarar.

Contribuições dos Autores

Cada autor contribuiu individualmente e de forma significativa para o desenvolvimento deste artigo:

A. G.: Conceituação (líder), curadoria de dados, aplicação do experimento animal, realização da cirurgia em experimento animal.

E. T., A. A.: Metodologia, administração do projeto, planejamento do projeto.

S. Ç., E. A., G. A.: Histologia e embriologia.

Authors' Contributions

Each author contributed individually and significantly to the development of this article:

A. G.: Conceptualization (lead), data curation, application of the animal experiment, and application of surgery in an animal experiment.

E. T., A. A.: Methodology, project administration, planning of the project.

S. Ç., E. A., G. A.: Histology and embryology.

*

Estudo desenvolvido na Faculdade de Medicina, Universidade Alanya Alaaddin Keykubat, Alanya/Antalya, Turquia.

*

Study developed at the Faculty of Medicine, Alanya Alaaddin Keykubat University, Alanya/Antalya, Turkey.

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Investigação do efeito do fator de crescimento epidérmico recombinante humano na cicatrização do manguito rotador: Um modelo experimental *

Resumo

Objetivo  Investigar a eficácia do fator de crescimento epidérmico (EGF) recombinante humano na cicatrização da lesão do manguito rotador no ombro de coelhos.

Métodos  As rupturas do manguito rotador (RMRs) foram criadas experimentalmente em ambos os ombros de 20 coelhos Nova Zelândia. Os coelhos foram divididos nos seguintes grupos: RMR (grupo controle; n  = 5), RMR + EGF (grupo EGF; n  = 5), RMR + reparo transósseo (grupo reparo; n  = 5) e RMR + EGF + reparo transósseo (grupo reparo combinado + EGF; n  = 5). Todos os coelhos foram observados por 3 semanas, e amostras de biópsias foram coletadas do ombro direito na 3ª semana. Após mais 3 semanas de observação, todos os coelhos foram submetidos à eutanásia, e uma amostra de biópsia foi coletada dos ombros esquerdos. Todo o material de biópsia foi corado com hematoxilina e eosina (H&E) para avaliação de vascularidade, celularidade, proporção de fibras e número de células fibrocartilaginosas à microscopia óptica.

Resultados  O grupo reparo combinado + EGF apresentou a maior quantidade e a sequência mais regular de colágeno. O grupo reparo e o grupo EGF apresentaram maior atividade fibroblástica e formação capilar em comparação ao grupo controle, mas a maior atividade fibroblástica e a formação capilar com maior vascularidade foram detectadas no grupo reparo combinado + EGF ( p  < 0,001). O EGF parece melhorar a cicatrização da ferida no reparo da RMR. A aplicação isolada de EGF, mesmo sem cirurgia reparadora, parece melhorar a cicatrização da RMR.

Conclusão  Além do reparo da RMR, a aplicação de EGF recombinante humano auxilia a cicatrização do manguito rotador dos ombros de coelhos.

Palavras-chave: cicatrização, fator de crescimento epidérmico, lesões do manguito rotador

Introdução

O manguito rotador é uma estrutura anatômica complexa que envolve a cabeça do úmero e múltiplas inserções musculares. As rupturas do manguito rotador (RMRs) são a causa mais comum de dor no ombro, e fatores intrínsecos e extrínsecos atuam em sua etiopatogenia. 1 A cirurgia pode ser indicada para tratamento de RMRs sintomáticas em pacientes jovens, com lesão de espessura total, resposta ausente ou insuficiente ao manejo não cirúrgico, atividades profissionais que exigem uso excessivo do ombro e limitação dos movimentos dessa articulação. 2 Apesar de todo o tratamento cirúrgico avançado à disposição para esses casos, a má cicatrização em pacientes idosos é o principal problema no manejo da RMR e pode levar a novas rupturas e maus desfechos funcionais. 2 3

A ocorrência de RMRs tem sido explicada com base em mecanismos intrínsecos e extrínsecos. Acredita-se que RMRs degenerativas sejam decorrentes da morfologia do acrômio ou causadas por hipovascularidade. Independentemente do mecanismo subjacente, as estratégias terapêuticas atuais enfocam a inserção das RMRs no osso. 4 5 Por isso, os métodos cirúrgicos são combinados a diversos estimuladores de cicatrização, como plasma rico em plaquetas (PRP), fatores de crescimento e células-tronco. Apesar do uso recente desses fatores, os efeitos combinados das modalidades terapêuticas aditivas precisam ser mais investigados para esclarecer e aumentar a compreensão da base da cicatrização do tendão. 6 7

Um modelo experimental de RMR demonstrou que as células-tronco da medula óssea, conhecidas por melhorar a angiogênese, também promovem o crescimento da interface tendão-osso. 6 Além disso, outros moduladores importantes, como fatores de crescimento, estão sendo usados de forma combinada no tratamento de muitas doenças. O principal objetivo de todas essas estratégias é melhorar a angiogênese, suprimir as respostas inflamatórias e aumentar a proliferação celular no sítio da lesão. 8 Estudos anteriores relataram papéis cruciais dos fatores de crescimento na cicatrização do tendão por meio da promoção da proliferação e migração celular, produção de matriz e colágeno, expressão de proteinases e interação com fibronectina. 7 8 Esses efeitos benéficos foram pesquisados em vários distúrbios musculoesqueléticos.

Um hormônio de crescimento popular no tratamento de distúrbios musculoesqueléticos é o fator de crescimento de fibroblastos (FGF). Os efeitos benéficos do FGF como possível tratamento da RMR foram demonstrados por Takahashi et al., que observaram sua regulação positiva em tenócitos, fibroblastos da bainha do tendão e células inflamatórias de RMRs tratadas com a molécula. 9 O fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) é outro importante modulador que pode auxiliar a cicatrização de distúrbios musculoesqueléticos. Bidder et al. 10 mostraram que o tratamento com VEGF aumentou os efeitos angiogênicos e melhorou a cicatrização do tendão em um modelo experimental canino. Da mesma forma, o fator de crescimento epidérmico (EGF) também pode promover a cicatrização óssea por meio de um suposto mecanismo de supressão da atividade osteoblástica e promoção da atividade osteogênica. 11

O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos do EGF recombinante humano na cicatrização da RMR em um modelo animal experimental. Os efeitos do EGF na neovascularização, atividade de fibroblastos e produção de colágeno foram estudados em um modelo de RMR em coelhos.

Materiais e Métodos

Os protocolos do estudo foram elaborados de acordo com o Animal Welfare Act e o Guide for the Care and Use of Laboratory Animals . Nosso comitê de ética e pesquisa em animais aprovou o estudo (número de aprovação: 2020/464). Coelhos Nova Zelândia foram alojados em gaiolas climatizadas com umidade (50 ± 5%) e temperatura (22 ± 2 °C) padronizadas e com ciclo claro/escuro de 12 horas no laboratório da unidade de produção animal de nosso biotério. O tamanho da amostra foi determinado pelo comitê de ética devido à perda mínima de animais.

Protocolo do Estudo

Vinte coelhos Nova Zelândia machos (com peso entre 2,5 e 3,5 kg) foram divididos em 4 grupos:

  • Grupo controle ( n  = 5): Submetido à criação de RMRs experimentais em ambos os ombros, sem reparo.

  • Grupo EGF ( n  = 5): Submetido à criação de RMRs experimentais em ambos os ombros; todos os defeitos receberam uma injeção de EGF (25 µg/kg) e foram fechados sem reparo.

  • Grupo de RMR com reparo ( n  = 5): Submetido à criação de RMRs experimentais em ambos os ombros e ao reparo de todos os defeitos tendíneos.

  • Grupo de RMR com reparo combinado + EGF ( n  = 5): Submetido à criação de RMRs experimentais em ambos os ombros, ao reparo de todos os defeitos tendíneos e à injeção de EGF (75 µg/kg) nos 2 sítios de lesão.

Procedimento Cirúrgico

Os 2 ombros foram abertos cirurgicamente com o coelho sob anestesia (130 mg/kg de cetamina [Ketalar - Pfizer Inc., Nova Iorque, NY, EUA)] por via intraperitoneal [IP] e 20 mg/kg xilazina [Rompun - Bayer AG, Leverkusen, Alemanha] IP). A profilaxia antibiótica foi feita com a administração intramuscular de 20 mg/kg de cefazolina sódica. Como descrito na literatura, ambos os músculos deltoides foram seccionados para expor a inserção do tendão supraespinhoso no tubérculo maior; a seguir, procedemos à transecção do tendão supraespinhoso para criar uma ruptura de quase 0,7 mm de comprimento ( Fig. 1 ) evitando a inserção do tendão infraespinhoso. 12 As lesões foram reparadas com procedimento transósseo e sutura Prolene 5.0 (Ethicon - Johnson & Johnson, New Brunswick, NJ, EUA). O EGF (Heberprot-P1, Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología [CIGB], Havana, Cuba) foi injetado nos sítios de lesão dos grupos relevantes. A administração intratendinosa de EGF foi feita em uma parte distinta do tendão supraespinhoso com uma seringa de insulina.

Fig. 1.

Fig. 1

Criação experimental de uma laceração com transecção do tendão supraespinoso. (*) indica a ruptura do supraespinoso.

Acompanhamento Pós-operatório

Todos os coelhos foram colocados em gaiolas individuais após os tratamentos e receberam dieta padronizada. A ingestão de alimento e água foi monitorada, e as feridas foram examinadas e limpas diariamente com álcool. Não observamos reações adversas durante este monitoramento. Na terceira semana, o ombro direito de cada coelho foi aberto e amostras de tecido foram obtidas para exame histopatológico. Na sexta semana, o ombro esquerdo foi aberto e amostras de tecido foram obtidas para exame histopatológico. Todos os animais foram submetidos à eutanásia após a conclusão das últimas etapas experimentais.

Avaliação Histoquímica e Histopatológica

Cinco animais de cada grupo foram eutanasiados sob anestesia geral por injeção intramuscular de 2 mL de xilazina 21 e 42 dias após a cirurgia para avaliações histológicas. Após a enucleação, o tendão foi fixado em formol a 4% por 48 horas para evitar autólise e putrefação tecidual. Uma parte de cada tendão, inclusive o sítio da ferida, foi dissecada e incluída em parafina. Pelo menos 10 cortes de 4 µm de espessura foram feitos de cada bloco de tecido, colocados em lâminas e desparafinizadas com xileno e uma série graduada de etanol. Cada corte foi corado com hematoxilina e eosina (H&E) para identificação da vascularidade, celularidade, a proporção de fibras de colágeno em orientação paralela/calibrosas e número de células fibrocartilaginosas. Essas características foram classificadas em uma escala de 0 a 4 de acordo com uma modificação de um sistema anterior usado por Ide et al. 13 As pontuações de classificação para todos os grupos foram: 1: < 25%, 2: 25 a 50%, 3: 50 a 75% e 4: > 75%.

A análise morfométrica das lâminas foi realizada por digitalização e avaliação computacional de imagens em programa específico de processamento (Image J, 1.50i - NIH, Bethesda, MD, EUA). As áreas que representam a proporção de fibras de colágeno em orientação paralela/calibrosas, vascularidade e celularidade foram digitalizadas a partir de 5 campos observados em microscópio óptico Olympus BX43 (Olympus Europa SE & Co. KG, Hamburgo, Alemanha) com magnificações ×100, ×200 e ×400. O resultado para cada elemento corresponde à média aritmética da porcentagem medida em cada um dos 5 campos adjacentes (pela mesma pesquisadora, S. C., em todos os casos).

Análise Estatística

A análise estatística foi realizada em SigmaPlot versão 14 (Jandel Scientific Corp., San Rafael, CA, EUA) para análise histoquímica. Medidas repetidas de três amostras foram realizadas em cada tipo de experimento, e todos os dados quantitativos foram apresentados como média ± erro-padrão (EP). Diferenças significativas nas variáveis foram avaliadas por análise de variância (ANOVA) on ranks com o método de Holm-Sidak. Além disso, comparações múltiplas entre os grupos específicos foram realizadas. A análise estatística foi feita no pacote para análise de pontuação clínica IBM SPSS Statistics for Windows, versão 19.0 (IBM Corp., Armonk, NY, EUA).

Resultados

Durante o período de acompanhamento, não houve reações anafiláticas, efeitos adversos ou mortes em nenhum dos animais dos quatro grupos.

O grupo tratado com EGF apresentou maior regulação de colágeno em comparação ao grupo controle ( Fig. 2 A , B , C , D ). Da mesma forma, uma maior quantidade de colágeno foi detectada no grupo tratado com EGF do que no grupo controle ( Fig. 2 ). Os grupos EGF e controle apresentaram menores quantidades de colágeno e menor regularidade na sequência da molécula em comparação ao grupo submetido ao reparo da RMR; no entanto, a quantidade e a sequência mais regulares de colágeno foram detectadas no grupo submetido ao reparo de RMR combinado ao tratamento com EGF ( Fig. 2 E , F , G , H ). O grupo de tratamento combinado também apresentou maior espessura de colágeno e tendão. Os resultados da espessura do colágeno e do tendão são listados na Tabela 1 .

Fig. 2.

Fig. 2

Exame histológico da distribuição e disposição das fibras de colágeno em amostras de tecido de um modelo de ruptura do manguito rotador (RMR) de coelho tratada com ou sem reparo cirúrgico e com ou sem fator de crescimento epidérmico (EGF). As alterações na terceira semana são mostradas em A, C, E e G, enquanto as alterações na sexta semana são mostradas em B, D, F e H. Os feixes de colágeno estão indicados por setas pretas. (Coloração de hematoxilina e eosina [H&E]; barra: 20 µm).

Tabela 1. Espessura do colágeno e do tendão em amostras de um modelo de ruptura do manguito rotador em de coelho tratada com ou sem reparo cirúrgico e com ou sem fator de crescimento epidérmico.

Grupos Defeito Defeito + EGF* Defeito + reparo Defeito + reparo + EGF* Defeito Defeito + EGF* Defeito + reparo Defeito + reparo + EGF*
Amostra histológica 3ª semana
n:5
3ª semana
n:5
3ª semana
n:5
3ª semana
n:5
6ª semana
n:5
6ª semana
n:5
6ª semana
n:5
6ª semana
n:5
Espessura do colágeno 1,5 mm 1,9 mm 2,15 mm 2,4 mm 1,5 mm 1,9 mm 2,15 mm 2,4 mm
p 0,001
Espessura total do tendão 1,65 mm 2,15 mm 2,35 mm 2,55 mm 1,65 mm 2,15 mm 2,35 mm 2,55 mm
p 0,001
*

EGF: Fator de crescimento epidérmico, p  < 0,05 é significante.

O grupo tratado com EGF também apresentou maior formação capilar e atividade fibroblástica do que o grupo controle ( Fig. 3 A , B , C , D ). O grupo submetido ao reparo da RMR apresentou aumento moderado na formação capilar e atividade fibroblástica em comparação aos grupos controle ou EGF, mas a maior atividade fibroblástica e formação capilar com maior vascularidade ocorreu no grupo que recebeu o tratamento com EGF combinado ao reparo da RMR ( Fig. 3 E , F , G , H ). Os resultados histológicos de vascularidade, deposição de colágeno e atividade fibroblástica foram semelhantes na terceira e sexta semanas, embora essas atividades celulares tenham sido ligeiramente maiores na sexta do que na terceira semana. O grupo que recebeu o tratamento combinado apresentou vascularidade, densidade de fibroblastos, densidade de fibras paralelas e continuidade acentuadas ( p  < 0,001); no entanto, o aumento da celularidade foi apenas moderado em comparação aos outros grupos ( p : 0,01). As diferenças estatísticas entre os grupos em relação à vascularidade, densidade/continuidade de fibroblastos e celularidade são apresentadas em gráficos de barras ( Fig. 4 ).

Fig. 3.

Fig. 3

Exame histológico de capilares, número de fibroblastos e sua disposição em amostras de tecido de um modelo de ruptura do manguito rotador (RMR) de coelho tratada com ou sem reparo cirúrgico e com ou sem fator de crescimento epidérmico (EGF). As alterações na terceira semana são mostradas em A, C, E e G, enquanto as alterações na sexta semana são mostradas em B, D, F e H. Os capilares são indicados com setas pretas e as disposições de fibroblastos são marcadas com setas vermelhas.

Fig. 4.

Fig. 4

Gráficos em barras dos padrões de cicatrização do tecido para comparação visual entre os grupos.

Discussão

A literatura tem muitos relatos de insucesso do reparo de RMR como uma questão cirúrgica em aberto. Portanto, a maioria dos estudos se concentrou em resolver esse problema e melhorar a cicatrização da RMR. 14 As inserções do tendão do manguito rotador apresentam fibrocartilagem para absorção de choques. No entanto, sua posição anatômica impõe maior atividade em exercício e cargas mecânicas maiores. Os efeitos crescentes de choque podem, portanto, levar à separação do tendão dessa estrutura de fibrocartilagem e causar lesões de cicatrização difícil ou ausente. 15 Todas as pesquisas científicas visam, consequentemente, melhorar a estrutura da ferida de difícil cicatrização com combinações de suplementos biológicos. As terapias com ácido hialurônico, por exemplo, foram investigadas por Honda et al. 16 no reparo de RMRs experimentais. Esses autores descobriram que o tratamento com ácido hialurônico de coelhos com RMR submetidos ao reparo aumentou a formação de condrócitos, a maturação do tendão e a força biomecânica. 16 Do mesmo modo, Ide et al. 13 estudaram os efeitos do FGF no remodelamento tendão-osso em ratos com lesão aguda e reparo do tendão supraespinhoso. Esses autores relataram maiores pontuações de maturação da inserção óssea em ratos tratados com FGF em comparação ao grupo com RMR sem tratamento. Além disso, observaram aumento da força biomecânica na segunda, quarta e sexta semanas quando o tratamento com FGF foi combinado ao reparo da RMR. 13 Nossos achados são condizentes com a literatura, que indica que os fatores de crescimento melhoram os resultados do reparo da RMR. Por outro lado, nossos resultados revelam os efeitos do EGF recombinante humano em vez do FGF na recuperação da RMR.

Randelli et al. 17 investigaram a administração de PRP após o tratamento artroscópico de humanos com RMR e relataram melhores resultados e bons escores pós-operatórios nesses pacientes. Os efeitos benéficos do PRP levaram ao seu uso atual no tratamento para vários distúrbios ortopédicos. 17 18 19 Estudos anteriores afirmaram que o PRP poderia melhorar a cicatrização do tendão devido à participação de fatores de crescimento, como fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF), EGF, VEGF e fator transformador do crescimento β (TGF-β); essas moléculas são as principais citocinas no PRP. 19 Acredita-se que o PRP também melhore a regeneração capilar necessária para a cicatrização do tendão. 20 A resposta vascular na interface tendão-osso durante os reparos do manguito rotador é aceita como a etapa principal no processo de cicatrização e sua ausência é uma possível causa de insucesso de reparos da RMR. 21 No entanto, um estudo que comparou o tratamento com PRP e EGF na cicatrização de tendões alegou que esse último gerou maior neovascularização e maiores níveis de tenócitos, fibroblastos, colágeno e macrófagos teciduais. Assim, os autores concluíram que o EGF pode ser um tratamento mais eficaz do que outros fatores de crescimento para cicatrização do tendão. 22 À luz dessa literatura, investigamos o efeito do EGF recombinante humano na cicatrização normal da RMR, bem como sua ação na vasculogênese durante o processo cicatricial.

O papel do EGF na cicatrização de tecidos patológicos e normais já foi estudado. 23 O EGF atua como um fator mitogênico para células epiteliais e endoteliais, bem como para fibroblastos; além disso, sua aplicação aumentou a síntese de fibronectina, a angiogênese, a fibroplasia e a atividade de colagenase. 23 O principal efeito do EGF começa após a formação de um tampão hemostático de plaquetas, o que desencadeia a cicatrização da ferida. 23 Basal et al. 11 relataram que o EGF melhora a formação óssea e a microcirculação ao provocar neoangiogênese no início da osteonecrose da cabeça do fêmur. Kocyigit et al. 24 investigaram os efeitos do tratamento com EGF em um modelo de cicatrização do tendão calcâneo em ratos e observaram maior vascularidade, maiores concentrações de pericitos adjacentes às células endoteliais dos vasos e maiores concentrações de adipócitos em ratos tratados com EGF em comparação ao grupo de cicatrização normal. No entanto, não detectaram diferenças de força biomecânica entre os grupos tratados ou não com EGF. 24 Da mesma forma, observamos aumento da vascularização, maior deposição de colágeno e maior atividade fibroblástica em coelhos com RMR tratados com EGF. Porém, não pudemos realizar testes de resistência biomecânica porque a junção tendão-ósseo é muito baixa no manguito rotador do animal.

Nossos achados indicaram que a injeção de EGF recombinante humano em um modelo de reparo da RMR experimental em coelhos pareceu melhorar a cicatrização mesmo na ausência de reparo cirúrgico. O tratamento com EGF aumentou a atividade fibroblástica, a deposição de colágeno e a vascularidade em comparação ao grupo controle. Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a mostrar um efeito benéfico do tratamento com EGF em RMRs não reparadas.

Limitações do Estudo

A principal limitação deste estudo é seu delineamento experimental com utilização de modelo animal. O efeito do EGF deve, portanto, ser confirmado em seres humanos. Outra limitação é o pequeno tamanho da amostra, pois o número de animais foi o menor possível por questões éticas. Uma análise histológica abrangente, com amostras de tamanho maior, melhorará a compreensão dos efeitos do EGF.

Conclusão

Em conclusão, verificou-se que o EGF sozinho melhora a cicatrização do manguito rotador mesmo na ausência de reparo cirúrgico. No entanto, o EGF é ainda mais eficaz quando combinação ao reparo da RMR e parece acelerar a recuperação. Portanto, a combinação da aplicação de EGF ao reparo do manguito rotador pode ser benéfica no tratamento da RMR, pois essa lesão tem alto risco de recidiva devido à cicatrização insuficiente.


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