Kraniel rekonstruktion ved hjælp af mesenkymale stromale celler og resorberbare biomaterialer

Baggrund: Kraniale knogledefekter efterlades ofte efter hjernekirurgi, sædvanligvis for at lade hævelse af hjernen komme sig, før der efterfølgende genimplanteres en beskyttende belægning af hjernen på et senere tidspunkt (kranioplastik). Disse procedurer udføres hvor som helst over kraniehvælvingen, enten ensidigt eller bilateralt. Det originale knoglestykke (autolog knogleplade = knogleflap) anbringes i en steril beholder og opbevares i køleskab ved en temperatur på -40oC.

Uger eller måneder senere, når hjernen er afslappet, hovedbunden godt helet og patientens medicinske tilstand tillader det, tages personen tilbage til operationsstuen, og knoglen genimplanteres (en procedure kendt som en autolog kranioplastik). Formålet med proceduren er at genoprette kosmese og beskyttelse til den underliggende hjerne, og den kan nogle gange også forbedre neurologiske symptomer ved ukendte mekanismer. Desværre opnås disse mål ikke altid, og selv om proceduren er teknisk ligetil, er proceduren kendt for at være forbundet med en række komplikationer. To af de mest betydningsfulde af disse er infektion (sådan at knogleklappen skal fjernes og udskiftes) og resorption (sådan at den beskyttende funktion kompromitteres). Samlet set bliver 10 % af autologe knoglepatienter inficerede, 10 % kræver udskiftning på grund af resorption og 12 % bliver signifikant resorberet, så i 32 % af tilfældene har den autologe knogle svigtet.

I hvert tilfælde af kranioplastiksvigt skal patienten genindlægges, en anden operation for at fjerne knogleklappen, langvarig antibiotikabehandling (i tilfælde af infektion) og derefter en ny specialfremstillet plade og genindlæggelse til et tredje kirurgisk indgreb.

I de fleste tilfælde bruges syntetiske materialer såsom polymethylmethacrylat og titanium mesh til rekonstruktion. Normalt udføres rekonstruktion af kirurgen ved hjælp af sådanne materialer til at forme kranioplastikken. For nylig er der blevet brugt hydroformede titaniumplader. Dette indebærer en proces med CT-scanning af defekten, virtuel rekonstruktion, 3D-print af forme, presning af pladen og håndbehandling. Selvom titanium-kranioplastikken er meget vellykket til behandling af mere end 150 patienter, forbliver den i patienten hele livet og præsenterer sig som et ikke-biologisk materiale som et foretrukket sted for infektion (ca. 5 % af tilfældene). Derudover er medicinske CT-billeder til vurdering og behandling af neurologiske tilstande kompromitteret for livet på grund af metalartefakter, der opstår fra pladerne. Ydermere forbliver interferens med metalscanningsudstyr, der almindeligvis anvendes til sikkerhedsformål, også et livstidsproblem. Patienterne med en inficeret titanium-kranioplastik kræver en fjerde indlæggelse for at fjerne metal- eller polymerpladen, forlænget antibiotikabehandling og derefter en femte kirurgisk procedure for at genindsætte en ny kranioplastik.

Mesenkymale stromale celler (MSC): MSC er multipotente voksne celler, der er i stand til at differentiere flere mesenkymale linjer. De er klæbende fibroblastoid-lignende celler med en omfattende udvidelseskapacitet. De findes i bindevævet i de fleste organer og er blevet isoleret fra knoglemarv, placenta, fedtvæv, navlestreng, fostervand, cirkulerende blod, forskellige føtale væv, skeletmuskelsynovia, tandpulpa, lever, milt, lunge og dermis. Det meste arbejde har fokuseret på MSC afledt af knoglemarv, men der er også nogle kliniske rapporter, der bruger fedtvæv og placenta afledt MSC. MSC fra forskellige kilder er muligvis ikke funktionelt ækvivalente eller udviser det samme differentieringspotentiale. Hovedfunktionerne for knoglemarvsafledt MSC med hensyn til denne undersøgelse er evnen til at differentiere den osteogene afstamning. Det er denne evne til at differentiere, der har set dem anvendt til ikke-sammenføjning af knogler og behandling af knogleskeletunderskud af kritisk størrelse, og især rekonstruktionen af ​​kraniale hulrum. I det nuværende forslag har celle- og vævsterapier W.A. på Royal Perth Hospital omfattende erfaring og har ansøgt om en TGA-licens (Therapeutics Goods Administration, Australian Government regulatory Authority) til at fremstille og levere MSC til patientbehandling.

MSC er ikke immunogene og undslipper genkendelse af alloreaktive T-celler og NK-celler. De har lavt niveau af udtryk for HLA klasse I og ingen udtryk for HLA klasse II. De udtrykker ikke co-stimulerende molekyler og er ude af stand til at inducere T-cellemedieret immunrespons og kan derfor bruges som universelle donorceller. Allogene celler er blevet brugt i vid udstrækning i kliniske forsøg i både immunmodulation og vævsreparation. Fordelen ved at bruge allogene celler er, at donoralderen kan kontrolleres. Litteraturen indikerer, at MSC høstet fra donorer ældre end 40 år er ringere. Da mange af de patienter, der behandles med en kranioplastik, er ældre end 40 år, er brugen af ​​allogene celler i denne undersøgelse at foretrække. Kliniske forsøg på mennesker og dyreforsøg understøtter brugen af ​​allogene celler.

Kranioplastik: Afdelingen for Medicinsk Teknik og Fysik på Royal Perth Hospital er en af ​​verdens førende inden for levering af specialfremstillede implantater og har leveret specialfremstillede titanium kranioplastier i femten år. Den grundlæggende metode, som er blevet brugt til at behandle over 150 patienter, omfatter rekonstruktion af tomrummet ved hjælp af avanceret software baseret på patientens CT-scanning. Når hulrummet er blevet rekonstrueret, skabes en hunform til at presse titaniumpladen. Pladen er derefter håndbehandlet og kontrolleret for montering på en præfabrikeret defekt model.

Biokeramik: Resorberbar biokeramik som hydroxyapatit og beta-tri-calciumphosphat er blevet brugt til behandling af knogleunderskud i mange år. For eksempel er ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) knogletransplantaterstatning en fuldsyntetisk og resorberbar knogletransplantaterstatning bestående af beta-tricalciumphosphat med en trykstyrke svarende til den spongiöse knogle. Den indbyrdes forbundne porøsitet fungerer som en osteledende matrix for indvækst af knogleceller og blodkar. Sådanne materialer bruges til udfyldning af knogledefekter efter traumer, rekonstruktion eller korrektion i ikke-bærende indikationer, og disse materialer foreskriver almindeligvis en metode til perfusion af granulatet på operationsstuen med patientens egen knoglemarv. Resorption af biokeramikken har vist sig at forekomme over en periode på 6-18 måneder (Buser 1998).

Polymer stillads: Der er et utal af polymermaterialer, der bruges til kirurgi, herunder inden for kranio-maxillofacial kirurgi. Den mest almindelige polymer er poly(mælkesyre). PLA såsom 70:30 poly(L-lactid-co-D,L-lactide) er fremstillet af en amorf bionedbrydelig copolymer, som i sidste ende vil resorbere in vivo. Biokeramikken og polymermaterialerne er godkendt af TGA til denne indikation.