중간엽 간질세포와 흡수성 생체재료를 이용한 두개골 재건

배경: 두개골 뼈 결함은 종종 뇌 수술 후 남아 있으며, 일반적으로 나중에 뇌의 보호 덮개를 다시 이식하기 전에 뇌의 부종을 회복할 수 있도록 합니다(두개 성형술). 이러한 절차는 일방적으로 또는 양측으로 두개골 저장고 어디에서나 수행됩니다. 원래의 뼈 조각(자가 뼈 판 = 뼈 플랩)을 멸균 용기에 넣고 -40oC의 온도에서 냉장고에 보관합니다.

몇 주 또는 몇 달 후, 뇌가 이완되고 두피가 잘 치유되고 환자의 의학적 상태가 허용되면 개인을 수술실로 다시 데려가 뼈를 다시 이식합니다(자가 두개골 성형술로 알려진 절차). 절차의 목표는 기본 뇌에 대한 미용 및 보호를 복원하는 것이며 때때로 알려지지 않은 메커니즘에 의해 신경학적 증상을 개선할 수도 있습니다. 불행하게도 이러한 목표가 항상 달성되는 것은 아니며 기술적으로는 간단하지만 절차는 여러 합병증과 관련된 것으로 알려져 있습니다. 이 중 가장 중요한 두 가지는 감염(뼈 플랩을 제거하고 교체해야 하는 경우)과 재흡수(보호 기능이 손상되는 경우)입니다. 전체 자가 뼈 환자의 10%가 감염되고, 10%는 재흡수로 인해 교체가 필요하고, 12%는 상당히 재흡수되며, 32%는 자가 뼈가 실패합니다.

두개골 성형술 실패의 각 사례에서 환자는 재입원, 뼈 플랩을 제거하기 위한 두 번째 수술, 장기간의 항생제 치료(감염의 경우), 그리고 세 번째 수술 절차를 위한 새로운 맞춤형 플레이트 및 재입원이 필요합니다.

대부분의 경우 폴리메틸메타크릴레이트 및 티타늄 메쉬와 같은 합성 재료가 재건에 사용됩니다. 일반적으로 두개골 성형술을 조각하기 위해 이러한 재료를 사용하여 외과의가 재건을 수행합니다. 보다 최근에는 하이드로 포밍 티타늄 플레이트가 사용되었습니다. 여기에는 결함을 CT 스캔하고, 가상 재구성, 금형의 3D 프린팅, 플레이트 압착 및 수작업 마무리 과정이 수반됩니다. 150명 이상의 환자를 성공적으로 치료하는 동안 티타늄 두개골 성형술은 평생 동안 환자에게 남아 있으며 비생물학적 재료로서 감염에 대한 우선적인 부위로 나타납니다(사례의 약 5%). 또한 신경학적 상태의 평가 및 치료를 위한 의료용 CT 이미지는 플레이트에서 발생하는 금속 가공물로 인해 평생 손상됩니다. 또한 보안 목적으로 일반적으로 사용되는 금속 스캐닝 장비와의 간섭도 수명 문제로 남아 있습니다. 감염된 티타늄 두개골 성형술을 받은 환자는 금속 또는 폴리머 플레이트를 제거하기 위해 네 번째 입원, 연장된 항생제 치료, 그리고 새로운 두개골 성형술을 다시 삽입하기 위한 다섯 번째 수술 절차가 필요합니다.

중간엽 기질 세포(MSC): MSC는 여러 중간엽 계통을 분화할 수 있는 다능 성체 세포입니다. 그들은 광범위한 확장 능력을 가진 부착성 섬유모세포양 세포입니다. 그들은 대부분의 기관의 결합 조직 내에 존재하며 골수, 태반, 지방 조직, 탯줄, 양수, 순환 혈액, 다양한 태아 조직, 골격근 윤활막, 치수, 간, 비장, 폐 및 진피에서 분리되었습니다. 대부분의 연구는 골수 유래 MSC에 초점을 맞추었지만 지방 조직 및 태반 유래 MSC를 사용한 일부 임상 보고서도 있습니다. 다른 출처의 MSC는 기능적으로 동등하지 않거나 동일한 차별화 가능성을 나타내지 않을 수 있습니다. 본 연구와 관련하여 골수 유래 MSC의 주요 기능은 골 형성 계통을 분화하는 능력입니다. 뼈 비유합 및 임계 크기 뼈 골격 결손의 치료, 특히 두개골 공극의 재건에 적용되는 것을 본 차별화하는 능력입니다. 현재 제안에서 Royal Perth Hospital의 Cell and Tissue Therapies W.A.는 광범위한 경험을 가지고 있으며 환자 치료를 위해 MSC를 제조 및 제공하기 위해 TGA(Therapeutics Goods Administration, 호주 정부 규제 당국) 라이선스를 신청했습니다.

MSC는 면역원성이 아니며 동종반응성 T 세포 및 NK 세포에 의한 회피 인식입니다. 그들은 HLA 클래스 I의 발현 수준이 낮고 HLA 클래스 II의 발현이 없습니다. 이들은 공동자극 분자를 발현하지 않고 T 세포 매개 면역 반응을 유도할 수 없으므로 범용 기증자 세포로 사용할 수 있습니다. 동종이계 세포는 면역 조절 및 조직 복구 모두에서 임상 시험에서 널리 사용되었습니다. 동종이계 세포를 사용하는 이점은 공여자 연령을 조절할 수 있다는 것입니다. 문헌은 40년 이상 된 기증자로부터 수확한 MSC가 열등함을 나타냅니다. 두개골 성형술을 받는 환자의 대부분이 40세 이상이므로 이 연구에서 동종 세포를 사용하는 것이 바람직합니다. 임상 인간 시험 및 동물 연구는 동종 세포의 사용을 지원합니다.

두개골 성형술: Royal Perth 병원의 의료 공학 및 물리학과는 맞춤형 임플란트를 제공하는 세계적 리더이며 맞춤형 티타늄 두개골 성형술을 15년 동안 공급해 왔습니다. 150명 이상의 환자를 치료하는 데 사용된 기본 방법론에는 환자의 CT 스캔을 기반으로 하는 고급 소프트웨어를 사용한 공극 재건이 포함됩니다. 보이드가 재구성되면 티타늄 판을 누르기 위해 암 금형이 생성됩니다. 그런 다음 플레이트를 수작업으로 마무리하고 사전 제작된 결함 모델에 맞는지 확인합니다.

바이오세라믹: 하이드록시아파타이트 및 베타 삼인산칼슘과 같은 흡수성 바이오세라믹은 수년 동안 뼈 결손 치료에 사용되었습니다. 예를 들어, ChronOS(Synthes GmbH, Oberdorf) 뼈 이식 대체재는 해면골과 유사한 압축 강도를 가진 베타-삼칼슘 인산염으로 구성된 완전 합성 및 재흡수성 뼈 이식 대체재입니다. 상호 연결된 다공성은 뼈 세포와 혈관의 내부 성장을 위한 골전도성 매트릭스 역할을 합니다. 이러한 재료는 외상, 재건 또는 무부하 적응증의 교정 후 뼈 결함을 채우는 데 사용되며 일반적으로 이러한 재료는 수술실에서 환자 자신의 골수로 과립을 관류하는 방법을 처방합니다. 바이오세라믹의 재흡수는 6-18개월의 기간에 걸쳐 발생하는 것으로 나타났습니다(Buser 1998).

Polymer Scaffold: 두개악안면외과 분야를 포함하여 수술에 사용되는 수많은 고분자 재료가 있습니다. 가장 일반적인 폴리머는 폴리(락트산)입니다. 70:30 poly(L-lactide-co-D,L-lactide)와 같은 PLA는 생체 내에서 궁극적으로 흡수되는 무정형 생분해성 공중합체로 만들어집니다. 바이오세라믹 및 폴리머 재료는 이 적응증에 대해 TGA의 승인을 받았습니다.