Autologer, aus Gewebezellen gewonnener Knorpel zur Reparatur von Gelenkknorpelläsionen

Verletzter Gelenkknorpel hat eine begrenzte Fähigkeit zur Selbstreparatur. Ohne rechtzeitige, frühzeitige und wirksame Behandlung verschlimmert sich die Schädigung des Gelenkknorpels zunehmend, was zu Gelenkschwellungen, Schmerzen und Funktionsstörungen führt. Der Patient entwickelt schließlich Arthrose und muss sich einem künstlichen Gelenkersatz unterziehen. Die klinische Therapie von Knorpelschäden umfasst Mikrofrakturchirurgie und autologe osteochondrale Transplantation. Die Mikrofrakturierungstechnik ist jedoch auf kleinräumige Schäden beschränkt, und die autologe osteochondrale Transplantation wird durch das begrenzte Angebot behindert. Mit Fortschritten in der Materialwissenschaft, Zellbiologie, Biomechanik und Bioreaktortechnologie weist die neue Generation biomimetischer osteochondraler Verbundwerkstoffe aus Gewebezüchtungen ein großes Potenzial für die Reparatur von Knorpelschäden auf.

Derzeit werden in der Knorpelgewebezüchtung Saatzellen aus autologen oder allogenen Chondrozyten, mesenchymalen Stammzellen, embryonalen Stammzellen oder pluripotenten Stammzellen gewonnen. Zunehmende Beweise deuten darauf hin, dass mesenchymale Stammzellen des Knochenmarks induziert werden können, um sich zu Chondrozyten zu differenzieren, und diese Zellen wurden erfolgreich bei der Behandlung von großen Knochendefekten, Knorpelläsionen und Rückenmarksverletzungen eingesetzt. Die Qualität und Quantität knochenmesenchymaler Stammzellen nehmen mit zunehmendem Alter allmählich ab, insbesondere bei Patienten mit degenerativen Erkrankungen. Fettstammzellen und mesenchymale Nabelschnurstammzellen sind reichlich vorhanden und haben ähnliche Eigenschaften wie mesenchymale Knochenstammzellen, und beide dieser Zelltypen können induziert werden, um sich zu Chondrozyten zu differenzieren. Fettstammzellen und mesenchymale Nabelschnurstammzellen wurden zur Reparatur von Knorpeldefekten verwendet, aber die Ergebnisse sind noch vorläufig, und diese Zellen können nicht in großen Mengen geerntet oder kultiviert werden. Darüber hinaus wird die Verwendung embryonaler Stammzellen durch ethische Erwägungen erschwert. Folglich sind autologe Chondrozyten optimale Saatzellen für Knorpelgewebezüchtung.

Die Transplantation autologer Chondrozyten in Kombination mit durch Tissue Engineering hergestellten Knorpelgerüsten zur Reparatur von Knorpelschäden erfordert, dass sich die Forscher auf zwei Hauptthemen konzentrieren, nämlich (i) die In-vitro-Amplifikation von Chondrozyten und (ii) die Herstellung biokompatibler Chondrozytengerüste. Die Herstellung von Chondrozytengerüsten erfordert eine fortschrittliche Technik, und derzeit verfügt nur das Institut für Orthopädie des chinesischen PLA General Hospital über die Kapazität, azellulären Knorpel herzustellen; Es gibt keine andere Quelle für Knorpelgerüste aus Gewebezüchtungen in China.

Ein proprietäres allogenes, azelluläres Knorpel-orientiertes Gerüst wurde erfolgreich von der Cartilage Tissue Engineering Research Group, Institute of Orthopaedics, Chinese PLA General Hospital (mit geistigen Eigentumsrechten) geschaffen. Das innovative Scaffold simuliert die Zusammensetzung und die räumlichen strukturellen Eigenschaften von normalem Knorpel. Die Herstellungsverfahren sind wie folgt: Gelenkknorpel wird pulverisiert, um eine natürliche extrazelluläre Knorpelmatrix zu erhalten, die in ihrer biochemischen Zusammensetzung mit der extrazellulären Matrix von natürlichem Gelenkknorpel identisch ist. Dann wird ein poröses, schwammartiges Gerüst unter Verwendung der Gefriertrocknungstechnik hergestellt. In-vitro-Experimente und Experimente zur Reparatur von Gelenkknorpelverletzungen bei Großtieren haben gute Ergebnisse hervorgebracht. Unter Verwendung dieses Materials stellte unsere Forschungsgruppe biomimetische Gerüste aus Knorpelgewebe her, die die strukturellen Eigenschaften der extrazellulären Matrix des natürlichen Gelenkknorpels nachahmen. Dieses allogene azelluläre Knorpelgerüst hat die folgenden Eigenschaften: (1) es stammt von allogenem Knorpel, und die extrazelluläre Matrix bleibt nach der Allotransplantation intakt, was dazu beiträgt, die zahlreichen Komponenten des normalen Knorpels, insbesondere Typ-II-Kollagen und Proteoglykane, zu erhalten, was zu einer verbesserten Reparatur führt . Knorpelgerüste, die außerhalb Chinas verwendet werden, bestehen hauptsächlich aus Kollagen vom Typ I und III oder Hyaluronsäure und unterscheiden sich stark von natürlichen Knorpelkomponenten. Die ursprüngliche Knorpelstruktur ist mit dieser Art von Scaffolds schwer zu reproduzieren, und Faserknorpel kann das Behandlungsergebnis beeinträchtigen. (2) Das biomimetische Gerüst hat eine ähnliche dreidimensionale Struktur wie der normale Gelenkknorpel, der die orientierte Gerüststruktur ist. Das Gerüst ahmt die Orientierung normaler Knorpelzellen nach, die senkrecht zur Oberfläche angeordnet sind, und stellt eine parataktische Säulenstruktur bereit, die zur säulenartigen Anordnung der Zellen beiträgt. Diese Struktur in Kombination mit Kollagen vom Typ II und Proteoglykanen, die aus normalem Gelenkknorpel stammen, führt zu einer Gerüststruktur, die der von normalem Gelenkknorpel extrem nahe kommt. Folglich hat der reparierte Knorpel eine normale Struktur und Funktion. (3) Das orientierte Gerüst hat eine gute biomechanische Eigenschaft. Seine Druckspannung ist bei Nässe und Trockenheit besser als beim nicht orientierten Gerüst. (4) Das orientierte Gerüst hat eine gute Biokompatibilität. Vorläufige Experimente haben die Immunantworten des orientierten Gerüsts von heterogenem (Schwein) und konspezifischem (Kaninchen) azellulärem Knorpel untersucht. Nachdem das orientierte Gerüst in das Kaninchen implantiert worden war, wurden seine Immunantworten unter den Aspekten der zellulären Immunität und der humoralen Immunität beobachtet. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass seine Immunogenität gering war. Somit wird verifiziert, dass das orientierte Gerüst aus azellulärem Knorpel eine gute Biokompatibilität aufweist.

Nebenwirkungen

1. Sicherheit Es werden Standardarbeitsanweisungen für unerwünschte Ereignisse und schwerwiegende unerwünschte Ereignisse entwickelt, um sicherzustellen, dass alle unerwünschten Reaktionen während des Experiments schnell behandelt werden, um die Teilnehmer zu schützen.

2. Definitionen 2.1 Unerwünschte Ereignisse Unerwünschte medizinische Ereignisse können nach einer Knorpeltransplantation oder Mikrofrakturoperation auftreten, sie stehen jedoch nicht notwendigerweise in einem kausalen Zusammenhang mit der Behandlung.

   Häufige Nebenwirkungen nach einer Knorpeltransplantation sind Fieber, Gelenkschmerzen, Schwellungen und Ergüsse. Häufige Nebenwirkungen nach einer Mikrofrakturoperation sind Fieber, Gelenkschmerzen, Gelenkschwellungen und -ergüsse.

   2.2 Die Schwere unerwünschter Ereignisse Unerwünschte Ereignisse werden in drei Stufen eingeteilt: allgemeine unerwünschte Ereignisse, lebenswichtige unerwünschte Ereignisse und schwerwiegende unerwünschte Ereignisse.

   2.3 Beziehung zu aus Gewebezüchtungen hergestelltem Knorpel Die Korrelation zwischen unerwünschten Ereignissen und aus Gewebezüchtungen hergestelltem Knorpel wird in „eindeutig zusammenhängend“, „wahrscheinlich zusammenhängend“, „möglicherweise nicht zusammenhängend“, „irrelevant“ oder „nicht bestimmt“ kategorisiert.

   2.4 Schwere unerwünschte Ereignisse Alle während der Studie aufgetretenen Ereignisse, die einen Krankenhausaufenthalt oder einen längeren Krankenhausaufenthalt erforderlich machten oder zu einer Behinderung führten oder die Arbeitsfähigkeit beeinträchtigten oder mit Todesgefahr oder lebensbedrohlichen Ereignissen verbunden waren, werden aufgezeichnet.

3. Aufzeichnung von unerwünschten Ereignissen Alle unerwünschten Ereignisse während des Experiments werden bis zum Ende der Studie erfasst.

4. Aufzeichnung und Berichterstattung Alle unerwünschten Ereignisse werden von Ärzten aufgezeichnet, einschließlich Beschreibung der unerwünschten Ereignisse, Zeitpunkt des Auftretens, Endzeit, Schweregrad, Häufigkeit und Behandlungsprotokoll.

   Sobald ein schwerwiegendes unerwünschtes Ereignis auftritt, werden die Ärzte nicht nur die notwendige Behandlung durchführen, sondern sich auch wahrheitsgemäß innerhalb von 24 Stunden an das örtliche Food and Drug Administration Bureau und das National Food and Drug Administration Bureau sowie unverzüglich an die Ethikkommission melden. Die Daten, Behandlungs- und Nachsorgeergebnisse werden im Bericht festgehalten.

5. Nachbeobachtung von nicht schweren und schweren unerwünschten Ereignissen Tritt bei einem Patienten ein nicht schweres unerwünschtes Ereignis auf, werden Verlauf und Ausgang engmaschig überwacht. Der Verlauf schwerwiegender unerwünschter Ereignisse wird in Folgeberichten oder zusammenfassenden Berichten festgehalten. Die Patienten werden auch überwacht, und die Beobachtungen werden für einen Zeitraum von 30 Tagen nach einem Anfall aufgezeichnet.

Statistische Analyse

1. Studienhypothesen Alle Hypothesen werden mit zweiseitigen Tests evaluiert. Ein Wert von P < 0,05 wird als statistisch signifikant angesehen. Die Vergleichbarkeit der Basisdaten wird bewertet. Eine zweiseitige statistische Analyse wird mit α = 5 % durchgeführt.
2. Anzahl der Fälle Insgesamt werden 100 Patienten in diese Studie einbezogen und in zwei Gruppen mit 50 Fällen in jeder Gruppe eingeteilt.
3. Experimentelle Analyse Experimentelle Daten werden mit der Statistiksoftware SPSS 22.0 analysiert. Messdaten werden als Mittelwert ± SD, Median, Maximum, Minimum und Quartile ausgedrückt; Zähldaten werden als Prozentsatz (%) dargestellt. Die Zähldaten zwischen den Gruppen werden unter Verwendung des Chi-Quadrat-Tests oder des exakten Fisher-Tests verglichen. Messdaten zwischen Gruppen werden mit t-Test verglichen. Nichtparametrische Variablen zwischen Gruppen werden unter Verwendung eines Rangsummentests verglichen.
4. Statistische Analyse Die statistische Analyse wird von professionellen Statistikern durchgeführt, die nicht an der Studie beteiligt sind. Alle Daten werden eingegeben und überprüft, und ein statistischer Analysebericht wird erstellt.

Verwaltung

1. Konservierung von Gelenkknorpel Knorpelgewebe wird in einem 50-ml-Zentrifugenröhrchen mit 8 ml Gewebekonservierungslösung konserviert und transportiert, das auf einem Reagenzglasgestell auf einem Eisbeutel bei 4 °C unter sterilen Bedingungen platziert wird. Knorpelgewebe wird innerhalb von 12 Stunden in das Institut für Orthopädie des chinesischen PLA General Hospital überführt.
2. Chondrozytenkultur und Konservierung Autologe Chondrozyten werden in strikter Übereinstimmung mit den Standards und Anforderungen der National Institutes for Food and Drug Control kultiviert und amplifiziert. Alle Bilder und Daten werden aufgezeichnet. Knorpelsamenzellen werden in flüssigem Stickstoff eingefroren.
3. Datenqualitätssicherung (1) Die Forscher füllen ein Fallberichtsformular (CRF) genau aus. (2) Die Inspektoren überprüfen regelmäßig, ob alle erfassten Daten richtig und vollständig sind und mit den Originalaufzeichnungen übereinstimmen, und werden zeitnah an den Datenverwalter übermittelt. (3) Der Datenverwalter prüft die CRF-Tabellen weiter und sendet das Formular an die Forschenden zurück. (4) Zwei Datensachbearbeiter geben doppelte Daten in eine Computerdatenbank ein. (5) Die beiden separaten Datensätze werden durch Computersoftware verglichen und gemäß dem CRF modifiziert. (6) Qualitätskontrolle: 5 % aller Falldaten werden nach dem Zufallsprinzip zur manuellen Überprüfung ausgewählt. Wenn der Datenfehler größer als 0,15 % ist, werden alle Daten in der Datenbank manuell überprüft.