Schädelrekonstruktion mit mesenchymalen Stromazellen und resorbierbaren Biomaterialien

Hintergrund: Schädelknochendefekte bleiben häufig nach einer Gehirnoperation zurück, in der Regel, um die Schwellung des Gehirns zu heilen, bevor zu einem späteren Zeitpunkt eine schützende Abdeckung des Gehirns wieder implantiert wird (Kranioplastik). Diese Verfahren werden überall über dem Schädeldach durchgeführt, entweder einseitig oder beidseitig. Das Original-Knochenstück (autologe Knochenplatte = Knochenklappe) wird in einen sterilen Behälter gelegt und im Kühlschrank bei einer Temperatur von -40 °C gelagert.

Wochen oder Monate später, wenn das Gehirn entspannt, die Kopfhaut gut verheilt ist und der Gesundheitszustand des Patienten dies zulässt, wird die Person zurück in den Operationssaal gebracht und der Knochen wird reimplantiert (ein Verfahren, das als autologe Kranioplastik bekannt ist). Das Ziel des Verfahrens ist es, dem darunter liegenden Gehirn Schönheit und Schutz wiederherzustellen, und es kann manchmal auch neurologische Symptome durch unbekannte Mechanismen verbessern. Leider werden diese Ziele nicht immer erreicht, und obwohl das Verfahren technisch unkompliziert ist, ist es bekannt, dass es mit einer Reihe von Komplikationen verbunden ist. Zwei der wichtigsten davon sind Infektionen (so dass der Knochendeckel entfernt und ersetzt werden muss) und Resorption (so dass die Schutzfunktion beeinträchtigt wird). Insgesamt 10 % der Patienten mit autologem Knochen infizieren sich, 10 % müssen aufgrund von Resorption ersetzt werden und 12 % werden signifikant resorbiert, dann ist in 32 % der Fälle der autologe Knochen ausgefallen.

In jedem Fall eines Kranioplastikversagens benötigt der Patient eine erneute Aufnahme, eine zweite Operation zur Entfernung des Knochendeckels, eine verlängerte Antibiotikatherapie (im Falle einer Infektion) und dann eine neue maßgefertigte Platte und eine erneute Aufnahme für einen dritten chirurgischen Eingriff.

In den meisten Fällen werden für die Rekonstruktion synthetische Materialien wie Polymethylmethacrylat und Titannetze verwendet. Üblicherweise wird die Rekonstruktion vom Chirurgen durchgeführt, der solche Materialien verwendet, um die Kranioplastik zu formen. In jüngerer Zeit wurden hydrogeformte Titanplatten verwendet. Dies umfasst einen Prozess des CT-Scannens des Defekts, der virtuellen Rekonstruktion, des 3D-Drucks von Formen, des Pressens der Platte und der manuellen Endbearbeitung. Obwohl die Kranioplastik aus Titan bei der Behandlung von mehr als 150 Patienten sehr erfolgreich war, verbleibt sie lebenslang im Patienten und stellt als nicht biologisches Material einen bevorzugten Ort für Infektionen dar (etwa 5 % der Fälle). Darüber hinaus sind medizinische CT-Bilder zur Beurteilung und Behandlung neurologischer Erkrankungen aufgrund von Metallartefakten, die von den Platten stammen, lebenslang beeinträchtigt. Darüber hinaus bleibt die Interferenz mit Metallabtastgeräten, die üblicherweise für Sicherheitszwecke verwendet werden, auch ein lebenslanges Problem. Die Patienten mit einer infizierten Titankranioplastik benötigen eine vierte Aufnahme, um die Metall- oder Polymerplatte zu entfernen, eine ausgedehnte Antibiotikabehandlung und dann einen fünften chirurgischen Eingriff, um eine neue Kranioplastik wieder einzusetzen.

Mesenchymale Stromazellen (MSC): MSC sind multipotente adulte Zellen, die in der Lage sind, mehrere mesenchymale Linien zu differenzieren. Sie sind anhaftende fibroblastoidartige Zellen mit einer beträchtlichen Expansionsfähigkeit. Sie befinden sich im Bindegewebe der meisten Organe und wurden aus Knochenmark, Plazenta, Fettgewebe, Nabelschnur, Fruchtwasser, zirkulierendem Blut, verschiedenen fötalen Geweben, Skelettmuskel-Synovia, Zahnpulpa, Leber, Milz, Lunge und Dermis isoliert. Die meisten Arbeiten konzentrierten sich auf aus Knochenmark gewonnene MSC, es gibt jedoch auch einige klinische Berichte, in denen Fettgewebe und aus der Plazenta stammende MSC verwendet wurden. MSC aus unterschiedlichen Quellen sind möglicherweise nicht funktionell gleichwertig oder weisen das gleiche Differenzierungspotenzial auf. Die Hauptfunktion von aus Knochenmark stammenden MSC im Hinblick auf die vorliegende Studie ist die Fähigkeit, die osteogene Abstammungslinie hinunter zu differenzieren. Es ist diese Fähigkeit zur Differenzierung, die dazu geführt hat, dass sie bei knöchernen Pseudarthrosen und der Behandlung von Knochenskelettdefiziten kritischer Größe und insbesondere bei der Rekonstruktion von Schädellücken eingesetzt wurden. Im aktuellen Vorschlag verfügt Cell and Tissue Therapies W.A. am Royal Perth Hospital über umfangreiche Erfahrung und hat eine TGA-Lizenz (Therapeutics Goods Administration, die Regulierungsbehörde der australischen Regierung) zur Herstellung und Bereitstellung von MSC für die Patientenbehandlung beantragt.

MSC sind nicht immunogen und entgehen der Erkennung durch alloreaktive T-Zellen und NK-Zellen. Sie haben eine geringe Expression von HLA Klasse I und keine Expression von HLA Klasse II. Sie exprimieren keine costimulatorischen Moleküle und sind nicht in der Lage, eine T-Zell-vermittelte Immunantwort zu induzieren, und können daher als universelle Spenderzellen verwendet werden. Allogene Zellen wurden in klinischen Studien sowohl zur Immunmodulation als auch zur Gewebereparatur eingesetzt. Der Vorteil der Verwendung allogener Zellen besteht darin, dass das Spenderalter kontrolliert werden kann. Die Literatur weist darauf hin, dass MSC von Spendern, die älter als 40 Jahre sind, unterlegen sind. Da viele der Patienten, die mit einer Kranioplastik behandelt werden, älter als 40 Jahre sind, ist die Verwendung von allogenen Zellen in dieser Studie vorzuziehen. Klinische Studien am Menschen und Tierversuche unterstützen die Verwendung allogener Zellen.

Kranioplastik: Die Abteilung für Medizintechnik und Physik des Royal Perth Hospital ist weltweit führend in der Bereitstellung von maßgefertigten Implantaten und liefert seit 15 Jahren maßgefertigte Kranioplastiken aus Titan. Die grundlegende Methodik, die zur Behandlung von über 150 Patienten verwendet wurde, umfasst die Rekonstruktion des Hohlraums unter Verwendung fortschrittlicher Software auf der Grundlage des CT-Scans des Patienten. Sobald der Hohlraum rekonstruiert wurde, wird eine Negativform hergestellt, um die Titanplatte zu pressen. Die Platte wird dann von Hand fertiggestellt und auf Passung auf einem vorgefertigten Defektmodell geprüft.

Biokeramik: Resorbierbare Biokeramiken wie Hydroxylapatit und Beta-Trikalziumphosphat werden seit vielen Jahren zur Behandlung von Knochendefiziten eingesetzt. Beispielsweise ist das Knochenersatzmaterial ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) ein vollsynthetisches und resorbierbares Knochenersatzmaterial aus Beta-Trikalziumphosphat mit einer ähnlichen Druckfestigkeit wie Spongiosa. Die miteinander verbundene Porosität wirkt als osteokonduktive Matrix für das Einwachsen von Knochenzellen und Blutgefäßen. Solche Materialien werden zum Füllen von Knochendefekten nach einem Trauma, einer Rekonstruktion oder einer Korrektur bei nicht belastungstragenden Indikationen verwendet, und üblicherweise schreiben diese Materialien ein Verfahren zur Perfusion des Granulats im Operationssaal mit dem eigenen Knochenmark des Patienten vor. Es wurde gezeigt, dass die Resorption der Biokeramik über einen Zeitraum von 6-18 Monaten erfolgt (Buser 1998).

Polymer Scaffold: Es gibt eine Vielzahl von Polymermaterialien, die für die Chirurgie verwendet werden, einschließlich im Bereich der Kranio-Maxillofazial-Chirurgie. Das gebräuchlichste Polymer ist Poly(milchsäure). PLA wie 70:30 Poly(L-lactid-co-D,L-lactid) werden aus einem amorphen, biologisch abbaubaren Copolymer hergestellt, das letztendlich in vivo resorbiert wird. Die Biokeramiken und Polymermaterialien sind für diese Indikation von der TGA zugelassen.