Kraniální rekonstrukce pomocí mezenchymálních stromálních buněk a resorbovatelných biomateriálů

Pozadí: Kraniální kostní defekty jsou často ponechány po operaci mozku, obvykle proto, aby se otok mozku zotavil před následnou reimplantací ochranného krytu mozku v pozdější době (kranioplastika). Tyto výkony se provádějí kdekoli nad lebeční klenbou, buď jednostranně nebo oboustranně. Originální kus kosti (autologní kostní dlaha = kostní lalok) se vloží do sterilní nádoby a uchovává v chladničce při teplotě -40oC.

O týdny nebo měsíce později, když je mozek uvolněný, pokožka hlavy dobře zhojená a zdravotní stav pacienta to dovolí, je jedinec převezen zpět na operační sál a kost je reimplantována (zákrok známý jako autologní kranioplastika). Cílem procedury je obnovit kosmetiku a ochranu základního mozku a někdy může neznámým mechanismem zlepšit neurologické příznaky. Bohužel těchto cílů není vždy dosaženo a ačkoliv je postup technicky přímočarý, je známo, že je spojen s řadou komplikací. Dvě z nejvýznamnějších z nich jsou infekce (takové, kdy je třeba odstranit a nahradit kostní laloku) a resorpce (taková, že je narušena ochranná funkce). Celkově 10 % pacientů s autologní kostí se infikuje, 10 % vyžaduje náhradu kvůli resorpci a 12 % se významně resorbuje, pak ve 32 % případů autologní kost selhala.

V každém případě selhání kranioplastiky pacient vyžaduje readmisi, druhou operaci k odstranění kostního laloku, prodlouženou antibiotickou terapii (v případě infekce) a poté novou na míru vyrobenou dlahu a readmisi ke třetímu chirurgickému výkonu.

Ve většině případů se k rekonstrukci používají syntetické materiály, jako je polymetylmetakrylát a titanová síť. Obyčejně rekonstrukci provádí chirurg za použití takových materiálů k vyřezávání kranioplastiky. V poslední době se začaly používat titanové desky tvarované hydroformováním. Jedná se o proces CT skenování defektu, virtuální rekonstrukci, 3D tisk forem, lisování desky a ruční dokončovací práce. I když je titanová kranioplastika velmi úspěšná v léčbě více než 150 pacientů, zůstává u pacienta po celý život a jako nebiologický materiál představuje preferované místo pro infekci (přibližně 5 % případů). Kromě toho jsou lékařské CT snímky pro hodnocení a léčbu neurologických stavů ohroženy na celý život kvůli kovovým artefaktům pocházejícím z destiček. Kromě toho rušení se zařízením pro skenování kovů běžně používaným pro bezpečnostní účely také zůstává celoživotním problémem. Pacienti s infikovanou titanovou kranioplastikou vyžadují čtvrtý příjem k odstranění kovové nebo polymerové dlahy, prodlouženou antibiotickou léčbu a poté pátý chirurgický zákrok k opětovnému zavedení nové kranioplastiky.

Mezenchymální stromální buňky (MSC): MSC jsou multipotentní dospělé buňky schopné diferencovat několik mezenchymálních linií. Jsou to adherentní buňky podobné fibroblastoidům s rozsáhlou schopností expanze. Sídlí v pojivové tkáni většiny orgánů a byly izolovány z kostní dřeně, placenty, tukové tkáně, pupeční šňůry, plodové vody, cirkulující krve, různých tkání plodu, synovie kosterního svalstva, zubní dřeně, jater, sleziny, plic a dermis. Většina prací se soustředila na MSC odvozené z kostní dřeně, nicméně existují také některé klinické zprávy používající MSC odvozené z tukové tkáně a placenty. MSC z různých zdrojů nemusí být funkčně ekvivalentní nebo vykazovat stejný diferenciační potenciál. Hlavní funkce pro MSC odvozené z kostní dřeně s ohledem na tuto studii je schopnost diferencovat osteogenní linii. Je to právě tato schopnost diferenciace, kvůli které byly aplikovány na nesrůstání kostí a léčbu kritických velikostních kostních skeletálních deficitů, a zejména rekonstrukci lebečních dutin. V současném návrhu má společnost Cell and Tissue Therapies W.A. v Royal Perth Hospital rozsáhlé zkušenosti a požádala o licenci TGA (Therapeutics Goods Administration, australský vládní regulační úřad) na výrobu a poskytování MSC pro léčbu pacientů.

MSC nejsou imunogenní a unikají rozpoznání aloreaktivními T buňkami a NK buňkami. Mají nízkou hladinu exprese HLA třídy I a žádnou expresi HLA třídy II. Neexprimují kostimulační molekuly a nejsou schopny vyvolat imunitní odpověď zprostředkovanou T buňkami, a proto mohou být použity jako univerzální donorové buňky. Alogenní buňky byly široce používány v klinických studiích jak při imunitní modulaci, tak při opravě tkáně. Výhodou použití alogenních buněk je, že lze kontrolovat věk dárce. Literatura uvádí, že MSC odebrané od dárců starších 40 let jsou horší. Protože mnoho pacientů léčených kranioplastikou je starších 40 let, je v této studii výhodnější použití alogenních buněk. Klinické studie na lidech a studie na zvířatech podporují použití alogenních buněk.

Kranioplastika: Oddělení lékařského inženýrství a fyziky v Royal Perth Hospital je světovým lídrem v poskytování zakázkových implantátů a již patnáct let dodává na zakázku vyrobené titanové kranioplastiky. Základní metodika, která byla použita k léčbě více než 150 pacientů, zahrnuje rekonstrukci dutiny pomocí pokročilého softwaru založeného na CT vyšetření pacienta. Jakmile byla dutina rekonstruována, vytvoří se samičí forma pro lisování titanové desky. Deska je poté ručně opracována a zkontrolována pro montáž na předem vyrobeném defektním modelu.

Biokeramika: Resorbovatelná biokeramika, jako je hydroxyapatit a beta trikalciumfosfát, se používá při léčbě kostního deficitu po mnoho let. Například náhrada kostního štěpu ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) je plně syntetická a vstřebatelná náhrada kostního štěpu sestávající z beta-trikalciumfosfátu s pevností v tlaku podobnou spongiózní kosti. Propojená pórovitost působí jako osteovodivá matrice pro prorůstání kostních buněk a krevních cév. Tyto materiály se používají pro výplně kostních defektů po traumatech, rekonstrukci nebo korekci v nenosných indikacích a běžně tyto materiály předepisují způsob perfuze granulí na operačním sále vlastní kostní dření pacienta. Bylo prokázáno, že k resorpci biokeramiky dochází po dobu 6-18 měsíců (Buser 1998).

Polymerové lešení: Existuje nespočetné množství polymerních materiálů používaných pro chirurgii, včetně oblasti kranio-maxilofaciální chirurgie. Nejběžnějším polymerem je poly(kyselina mléčná). PLA, jako je 70:30 poly(L-laktid-ko-D,L-laktid) jsou vyrobeny z amorfního biodegradabilního kopolymeru, který se nakonec resorbuje in vivo. Biokeramika a polymerní materiály jsou pro tuto indikaci schváleny TGA.