Craniale reconstructie met behulp van mesenchymale stromale cellen en resorbeerbare biomaterialen

Achtergrond: Craniale botdefecten blijven vaak achter na een hersenoperatie, meestal om de zwelling van de hersenen te laten herstellen voordat vervolgens op een later tijdstip een beschermende bedekking van de hersenen opnieuw wordt geïmplanteerd (cranioplastie). Deze procedures worden overal in het schedelgewelf uitgevoerd, eenzijdig of bilateraal. Het originele stukje bot (autologe botplaat = botflap) wordt in een steriele container geplaatst en in een koelkast bewaard bij een temperatuur van -40oC.

Weken of maanden later, wanneer de hersenen ontspannen zijn, de hoofdhuid goed genezen is en de medische toestand van de patiënt het toelaat, wordt de persoon teruggebracht naar de operatiekamer en wordt het bot opnieuw geïmplanteerd (een procedure die bekend staat als een autologe cranioplastiek). Het doel van de procedure is om de cosmese en bescherming van de onderliggende hersenen te herstellen en soms kunnen neurologische symptomen worden verbeterd door onbekende mechanismen. Helaas worden deze doelen niet altijd bereikt en hoewel het technisch eenvoudig is, is bekend dat de procedure gepaard gaat met een aantal complicaties. Twee van de belangrijkste hiervan zijn infectie (zodat de botflap moet worden verwijderd en vervangen) en resorptie (zodat de beschermende functie wordt aangetast). In totaal raakt 10% van de autologe botpatiënten geïnfecteerd, 10% moet worden vervangen vanwege resorptie en 12% raakt aanzienlijk geresorbeerd, waarna in 32% van de gevallen het autologe bot is mislukt.

In elk geval van falen van de cranioplastiek heeft de patiënt heropname nodig, een tweede operatie om de botflap te verwijderen, langdurige antibioticatherapie (in geval van infectie), en vervolgens een nieuwe op maat gemaakte plaat en heropname voor een derde chirurgische ingreep.

In de meeste gevallen worden synthetische materialen zoals polymethylmethacrylaat en titaniumgaas gebruikt voor reconstructie. Gewoonlijk wordt de reconstructie uitgevoerd door de chirurg met behulp van dergelijke materialen om de cranioplastie vorm te geven. Meer recentelijk zijn hydrogevormde titaniumplaten gebruikt. Dit omvat een proces van CT-scannen van het defect, virtuele reconstructie, 3D-printen van mallen, persen van de plaat en handmatige afwerking. Hoewel de titanium cranioplastie zeer succesvol is bij de behandeling van meer dan 150 patiënten, blijft het levenslang in de patiënt en vormt het, als niet-biologisch materiaal, een voorkeursplaats voor infectie (ongeveer 5% van de gevallen). Bovendien zijn medische CT-beelden voor beoordeling en behandeling van neurologische aandoeningen levenslang aangetast door metalen artefacten die uit de platen komen. Bovendien blijft interferentie met metalen scanapparatuur die gewoonlijk voor beveiligingsdoeleinden wordt gebruikt, een levenslang probleem. De patiënten met een geïnfecteerde titanium cranioplastiek hebben een vierde opname nodig om de metalen of polymeerplaat te verwijderen, een uitgebreide antibioticabehandeling en vervolgens een vijfde chirurgische ingreep om een ​​nieuwe cranioplastiek terug te plaatsen.

Mesenchymale stromale cellen (MSC): MSC zijn multipotente volwassen cellen die in staat zijn om meerdere mesenchymale lijnen te differentiëren. Het zijn hechtende fibroblastoïde-achtige cellen met een uitgebreid expansievermogen. Ze bevinden zich in het bindweefsel van de meeste organen en zijn geïsoleerd uit beenmerg, placenta, vetweefsel, navelstreng, vruchtwater, circulerend bloed, verschillende foetale weefsels, synovia van skeletspieren, tandpulpa, lever, milt, long en dermis. Het meeste werk is gericht op MSC afkomstig uit beenmerg, maar er zijn ook enkele klinische rapporten waarin gebruik wordt gemaakt van vetweefsel en MSC afkomstig van de placenta. MSC van verschillende bronnen is mogelijk niet functioneel equivalent of vertoont hetzelfde differentiatiepotentieel. De belangrijkste functies voor van beenmerg afgeleide MSC met betrekking tot de huidige studie is het vermogen om de osteogene afstamming te differentiëren. Het is dit vermogen om te differentiëren waardoor ze zijn toegepast op botontsluiting en de behandeling van bot-skelettekorten van kritieke grootte, en in het bijzonder de reconstructie van craniale holtes. In het huidige voorstel hebben Cell and Tissue Therapies W.A. in het Royal Perth Hospital uitgebreide ervaring en hebben ze een TGA-licentie (Therapeutics Goods Administration, de regelgevende instantie van de Australische overheid) aangevraagd om MSC te produceren en te leveren voor de behandeling van patiënten.

MSC zijn niet immunogeen en ontsnappen aan herkenning door alloreactieve T-cellen en NK-cellen. Ze hebben een lage expressie van HLA klasse I en geen expressie van HLA klasse II. Ze brengen geen co-stimulerende moleculen tot expressie en zijn niet in staat een T-cel-gemedieerde immuunrespons te induceren, en kunnen daarom worden gebruikt als universele donorcellen. Allogene cellen zijn op grote schaal gebruikt in klinische onderzoeken bij zowel immuunmodulatie als weefselherstel. Het voordeel van het gebruik van allogene cellen is dat de leeftijd van de donor gecontroleerd kan worden. De literatuur geeft aan dat MSC geoogst van donoren ouder dan 40 jaar inferieur zijn. Aangezien veel van de patiënten die behandeld worden met een cranioplastiek ouder zijn dan 40 jaar, heeft het gebruik van allogene cellen in deze studie de voorkeur. Klinische proeven bij mensen en dierstudies ondersteunen het gebruik van allogene cellen.

Cranioplastiek: De afdeling Medical Engineering and Physics van het Royal Perth Hospital is een wereldleider in het leveren van op maat gemaakte implantaten en levert al vijftien jaar op maat gemaakte titanium cranioplastieken. De basismethodologie die is gebruikt om meer dan 150 patiënten te behandelen, omvat de reconstructie van de leegte met behulp van geavanceerde software op basis van de CT-scan van de patiënt. Zodra de leegte is gereconstrueerd, wordt een vrouwelijke mal gemaakt om de titaniumplaat te persen. De plaat wordt vervolgens met de hand afgewerkt en gecontroleerd op plaatsing op een vooraf gemaakt defect model.

Biokeramiek: Resorbeerbare biokeramiek zoals hydroxyapatiet en bèta-tricalciumfosfaat worden al vele jaren gebruikt bij de behandeling van botdeficiëntie. ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) bottransplantaatsubstituut is bijvoorbeeld een volledig synthetisch en resorbeerbaar bottransplantaatsubstituut bestaande uit beta-tricalciumfosfaat met een druksterkte vergelijkbaar met die van poreus bot. De onderling verbonden porositeit werkt als een osteogeleidende matrix voor de ingroei van botcellen en bloedvaten. Dergelijke materialen worden gebruikt voor het vullen van botdefecten na trauma, reconstructie of correctie bij niet-belastende indicaties en gewoonlijk schrijven deze materialen een methode voor van perfusie van de korrels in de operatiekamer met het eigen beenmerg van de patiënt. Er is aangetoond dat resorptie van de biokeramiek optreedt over een periode van 6-18 maanden (Buser 1998).

Polymeersteiger: Er wordt een groot aantal polymeermaterialen gebruikt voor chirurgie, ook op het gebied van cranio-maxillofaciale chirurgie. Het meest voorkomende polymeer is poly(melkzuur). PLA zoals 70:30 poly(L-lactide-co-D,L-lactide) zijn gemaakt van een amorf biologisch afbreekbaar copolymeer dat uiteindelijk in vivo zal resorberen. De biokeramische en polymeermaterialen zijn goedgekeurd door de TGA voor deze indicatie.