Przeszczep komórek macierzystych do naprawy chrząstki stawowej

Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) to multipotentne komórki występujące w wielu tkankach dorosłych ludzi, w tym w szpiku kostnym, tkankach maziowych i tkankach tłuszczowych. Ponieważ pochodzą z mezodermy , wykazano, że różnicują się w kości, chrząstki, mięśnie i tkankę tłuszczową. MSC ze źródeł embrionalnych okazały się obiecujące naukowo, wywołując jednocześnie znaczące kontrowersje. W rezultacie wielu badaczy skupiło się na dorosłych komórkach macierzystych lub komórkach macierzystych wyizolowanych od dorosłych ludzi, które można przeszczepić do uszkodzonej tkanki.

Ze względu na ich multipotentne możliwości, linie mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC) były z powodzeniem stosowane w modelach zwierzęcych do regeneracji chrząstki stawowej oraz w modelach ludzkich do regeneracji kości. Ostatnie badania pokazują, że chrząstka stawowa może być naprawiana poprzez przezskórne wprowadzenie mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC).

Komórki macierzyste jako koncepcja powstały jako teoria w XIX wieku, aby potencjalnie umożliwić niektórym tkankom samoodnowę. Istnieje pięć rodzajów komórek macierzystych, a MSC są multipotentne, co oznacza, że ​​są to komórki, które mają zdolność rozwijania się w więcej niż jeden rodzaj wyspecjalizowanych komórek. Mezenchymalne komórki macierzyste zostały pierwotnie odkryte i zbadane jako komórki tworzące kolonie fibroblastów w komórkach szpiku kostnego i śledziony świnki morskiej przez Friedensteina w latach siedemdziesiątych. Badanie to dowiodło, że jednostki tworzące kolonie komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego były zdolne do tworzenia chrząstki po ich przeszczepieniu do komory dyfuzyjnej. Wyniki tego badania przygotowały grunt pod przyszłe badania, wskazując na zdolność różnicowania MSC.

Obecne badania

Badania nad MSC eksplodowały w ostatnich latach. Na przykład wyszukiwanie w PubMed dla roku 1999 ujawnia około 90 artykułów opublikowanych pod nagłówkiem MESH „Mezenchymalne komórki macierzyste”, to samo wyszukiwanie przeprowadzone dla roku 2007 ujawnia ponad 4000 wpisów. Najczęściej stosowanym źródłem MSC jest aspirat szpiku kostnego. Większość dorosłego szpiku kostnego składa się z komórek krwi na różnych etapach różnicowania. Te składniki szpiku można podzielić na osocze , krwinki czerwone , płytki krwi i komórki jądrzaste. Frakcja dorosłych komórek macierzystych jest obecna w komórkach jądrzastych szpiku. Większość z tych komórek to komórki prekursorowe hemu CD34+ (przeznaczone do różnicowania się w składniki krwi), podczas gdy bardzo niewiele to komórki MSC zdolne do różnicowania się w kości, chrząstki lub mięśnie. W rezultacie pozostawia to bardzo małą liczbę MSC w szpiku jako komórki zdolne do różnicowania się w tkanki będące przedmiotem zainteresowania dla ochrony stawów. Warto zauważyć, że może to być jeden z powodów, dla których dostępne na rynku systemy wirówek, które koncentrują komórki jądrzaste szpiku kostnego, nie są tak obiecujące w badaniach na zwierzętach w zakresie naprawy chrząstki, jak podejścia, w których MSC są namnażane w hodowli do większej liczby.

Zastosowania mezenchymalnych komórek macierzystych

Komórki jądrzaste szpiku są wykorzystywane na co dzień w ortopedii regeneracyjnej. Operacja mikrozłamań kolana technika polega na uwolnieniu tych komórek do uszkodzenia chrząstki w celu zainicjowania naprawy chrząstki włóknistej w ubytkach kostno-chrzęstnych. Ponadto wykazano, że ta populacja komórek pomaga w naprawie złamań niezrostowych. W tym zastosowaniu powszechnie stosuje się wirowanie przy łóżku. Ponownie, te techniki dają bardzo rozcieńczoną populację MSC, zwykle z wydajnością 1 na 10 000–1 000 000 komórek jądrzastych. Pomimo tak małej liczby MSC, wyizolowane komórki jądrzaste szpiku kostnego wszczepione do zdegenerowanych ludzkich stawów obwodowych okazały się obiecujące w zakresie naprawy stawów. Ponieważ liczba MSC, które można wyizolować ze szpiku kostnego, jest dość ograniczona, większość badań nad regeneracją chrząstki koncentruje się na wykorzystaniu komórek namnażanych w hodowli. Ta metoda może zwiększyć liczbę komórek o 100–10 000 razy w ciągu kilku tygodni. Gdy te MSC są gotowe do ponownej implantacji, są zwykle przenoszone z czynnikami wzrostu, aby umożliwić dalszy wzrost komórek i wszczepienie ich w uszkodzoną tkankę. W pewnym momencie zostaje wprowadzony sygnał (w hodowli lub po przeszczepie do uszkodzonej tkanki), aby komórki mogły różnicować się w tkankę końcową

Ostatnie zmiany

Do niedawna wykorzystanie hodowanych mezenchymalnych komórek macierzystych do regeneracji chrząstki odbywało się głównie w badaniach na modelach zwierzęcych. Obecnie jednak opublikowano dwa opisy przypadków wykorzystania powyższej techniki do skutecznej regeneracji chrząstki stawowej i łąkotki w ludzkich kolanach. Skuteczność tej techniki nie została jeszcze wykazana w badaniu obejmującym większą grupę pacjentów, jednak ten sam zespół badaczy opublikował duże badanie dotyczące bezpieczeństwa (n=227), wykazujące mniej powikłań niż normalnie związanych z zabiegami chirurgicznymi.

Inny zespół zastosował podobną technikę do ekstrakcji komórek i ekspansji ex vivo, ale komórki zostały osadzone w żelu kolagenowym przed ponownym chirurgicznym wszczepieniem. Opisali studium przypadku, w którym z powodzeniem naprawiono ubytek pełnej grubości w chrząstce stawowej ludzkiego kolana.

Podczas gdy użycie hodowanych mezenchymalnych komórek macierzystych przyniosło obiecujące wyniki, nowsze badanie z użyciem niehodowanych MSC zaowocowało potwierdzonym histologicznie odrostem chrząstki szklistej pełnej grubości. Badacze ocenili jakość naprawy chrząstki stawu kolanowego po artroskopowym zabiegu mikrowiercenia ( również mikrozłamań ), a następnie pooperacyjnym wstrzyknięciu autologicznych komórek progenitorowych krwi obwodowej (PBPC) w połączeniu z kwasem hialuronowym (HA).