Kraniell rekonstruksjon ved bruk av mesenkymale stromaceller og resorberbare biomaterialer

Bakgrunn: Kraniale beindefekter etterlates ofte etter hjerneoperasjoner, vanligvis for å la hevelse i hjernen komme seg før det deretter re-implanteres et beskyttende dekke av hjernen på et senere tidspunkt (kranioplastikk). Disse prosedyrene utføres hvor som helst over kraniehvelvet, enten ensidig eller bilateralt. Det originale beinstykket (autolog beinplate = beinklaff) legges i en steril beholder og oppbevares i kjøleskap ved temperatur på -40oC.

Uker eller måneder senere, når hjernen er avslappet, hodebunnen er godt helbredet og pasientens medisinske tilstand tillater det, blir personen ført tilbake til operasjonssalen og beinet reimplantert (en prosedyre kjent som en autolog kranioplastikk). Målet med prosedyren er å gjenopprette kosmetikk og beskyttelse til den underliggende hjernen, og den kan noen ganger også forbedre nevrologiske symptomer ved ukjente mekanismer. Dessverre oppnås ikke disse målene alltid, og selv om prosedyren er teknisk enkel, er prosedyren kjent for å være forbundet med en rekke komplikasjoner. To av de mest betydningsfulle av disse er infeksjon (slik at benklaffen må fjernes og erstattes) og resorpsjon (slik at den beskyttende funksjonen er kompromittert). Totalt blir 10 % av autologe beinpasienter infisert, 10 % krever erstatning på grunn av resorpsjon og 12 % blir betydelig resorbert, og i 32 % av tilfellene har det autologe beinet sviktet.

I hvert tilfelle av kranioplastikksvikt krever pasienten reinnleggelse, en ny operasjon for å fjerne benklaffen, forlenget antibiotikabehandling (ved infeksjon), og deretter en ny skreddersydd plate og reinnleggelse for en tredje kirurgisk prosedyre.

I de fleste tilfeller brukes syntetiske materialer som polymetylmetakrylat og titannett til rekonstruksjon. Vanligvis utføres rekonstruksjon av kirurgen ved å bruke slike materialer for å forme kranioplastikken. Nylig har hydroformede titanplater blitt brukt. Dette innebærer en prosess med CT-skanning av defekten, virtuell rekonstruksjon, 3D-printing av former, pressing av platen og håndbehandling. Selv om titankranioplastikken er svært vellykket i behandling av mer enn 150 pasienter, forblir den i pasienten livet ut og presenterer seg som et ikke-biologisk materiale som et foretrukket sted for infeksjon (omtrent 5 % av tilfellene). I tillegg er medisinske CT-bilder for vurdering og behandling av nevrologiske tilstander kompromittert for livet på grunn av metallartefakter som oppstår fra platene. Videre forblir interferens med metallskanningsutstyr som vanligvis brukes for sikkerhetsformål også et livstidsproblem. Pasientene med en infisert titankranioplastikk krever en fjerde innleggelse for å fjerne metall- eller polymerplaten, utvidet antibiotikabehandling og deretter en femte kirurgisk prosedyre for å gjeninnføre en ny kranioplastikk.

Mesenkymale stromale celler (MSC): MSC er multipotente voksne celler som er i stand til å differensiere ned flere mesenkymale linjer. De er adherente fibroblastoid-lignende celler med en omfattende utvidelseskapasitet. De ligger i bindevevet til de fleste organer og har blitt isolert fra benmarg, morkake, fettvev, navlestreng, fostervann, sirkulerende blod, ulike fostervev, skjelettmuskelsynovia, tannmasse, lever, milt, lunge og dermis. Mesteparten av arbeidet har fokusert på MSC avledet fra benmarg, men det er også noen kliniske rapporter som bruker fettvev og placenta-avledet MSC. MSC fra forskjellige kilder er kanskje ikke funksjonelt ekvivalente eller har det samme differensieringspotensialet. Hovedfunksjonene for benmargsavledet MSC med hensyn til denne studien er evnen til å differensiere ned den osteogene avstamningen. Det er denne evnen til å differensiere som har sett dem brukt på ikke-sammenføyning av ben og behandling av skjelettmangel i kritisk størrelse, og spesielt rekonstruksjon av kraniale tomrom. I det gjeldende forslaget har Cell and Tissue Therapies W.A. ved Royal Perth Hospital omfattende erfaring og har søkt om en TGA (Therapeutics Goods Administration, Australian Government Regulatory Authority) lisens for å produsere og gi MSC for pasientbehandling.

MSC er ikke immunogene og unnslipper gjenkjennelse av alloreaktive T-celler og NK-celler. De har lavt nivå uttrykk for HLA klasse I og ingen uttrykk for HLA klasse II. De uttrykker ikke co-stimulerende molekyler og er ikke i stand til å indusere T-cellemediert immunrespons, og kan derfor brukes som universelle donorceller. Allogene celler har vært mye brukt i kliniske studier i både immunmodulasjon og vevsreparasjon. Fordelen med å bruke allogene celler er at donoralderen kan kontrolleres. Litteraturen indikerer at MSC høstet fra donorer eldre enn 40 år er dårligere. Siden mange av pasientene som behandles med kranioplastikk er eldre enn 40 år, er bruk av allogene celler i denne studien å foretrekke. Kliniske forsøk på mennesker og dyrestudier støtter bruken av allogene celler.

Kranioplastikk: Avdelingen for medisinsk teknikk og fysikk ved Royal Perth Hospital er verdensledende på å tilby skreddersydde implantater og har levert skreddersydde kranioplastier i titan i femten år. Den grunnleggende metodikken som har blitt brukt til å behandle over 150 pasienter inkluderer rekonstruksjon av tomrommet ved hjelp av avansert programvare basert på pasientens CT-skanning. Når tomrommet er rekonstruert, lages det en hunnform for å presse titanplaten. Platen blir deretter håndbehandlet og kontrollert for montering på en prelaget defekt modell.

Biokeramikk: Resorberbar biokeramikk som hydroksyapatitt og beta-tri-kalsiumfosfat har blitt brukt i behandlingen av beinsvikt i mange år. For eksempel er ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) bentransplantaterstatning en helsyntetisk og resorberbar bentransplantaterstatning som består av beta-trikalsiumfosfat med en trykkstyrke som ligner på spongøst bein. Den sammenkoblede porøsiteten fungerer som en ostekonduktiv matrise for innvekst av beinceller og blodårer. Slike materialer brukes til utfylling av beindefekter etter traumer, rekonstruksjon eller korrigering ved ikke-bærende indikasjoner, og disse materialene foreskriver vanligvis en metode for perfusjon av granulene i operasjonsstuen med pasientens egen benmarg. Resorpsjon av biokeramikken har vist seg å skje over en periode på 6-18 måneder (Buser 1998).

Polymer stillas: Det finnes en myriade av polymermaterialer som brukes til kirurgi, inkludert i området kranio-maxillofacial kirurgi. Den vanligste polymeren er poly(melkesyre). PLA slik som 70:30 poly(L-laktid-co-D,L-laktid) er laget av en amorf biologisk nedbrytbar kopolymer som til slutt vil resorberes in vivo. Biokeramikken og polymermaterialene er godkjent av TGA for denne indikasjonen.