Rekonstrukcja czaszki przy użyciu mezenchymalnych komórek zrębowych i wchłanialnych biomateriałów

Tło: Ubytki kości czaszki są często pozostawiane po operacji mózgu, zwykle w celu umożliwienia ustąpienia obrzęku mózgu przed ponownym wszczepieniem osłony ochronnej mózgu w późniejszym czasie (plastyka czaszki). Procedury te są wykonywane w dowolnym miejscu nad sklepieniem czaszki, jednostronnie lub obustronnie. Oryginalny fragment kości (płytka autologiczna = płat kostny) umieszcza się w sterylnym pojemniku i przechowuje w lodówce w temperaturze -40oC.

Tygodnie lub miesiące później, kiedy mózg jest zrelaksowany, skóra głowy dobrze wygojona, a stan zdrowia pacjenta na to pozwala, pacjent jest zabierany z powrotem na salę operacyjną, gdzie kość jest ponownie wszczepiana (procedura znana jako autologiczna kranioplastyka). Celem procedury jest przywrócenie kosmetyku i ochrony leżącego u jej podstaw mózgu, a czasami może również poprawić objawy neurologiczne za pomocą nieznanych mechanizmów. Niestety, cele te nie zawsze są osiągane i chociaż technicznie prosta procedura wiąże się z wieloma komplikacjami. Dwa z najważniejszych z nich to infekcja (powodująca konieczność usunięcia i wymiany płata kostnego) oraz resorpcja (powodująca upośledzenie funkcji ochronnej). Ogółem 10% pacjentów z autologiczną kością ulega zakażeniu, 10% wymaga wymiany z powodu resorpcji, a 12% ulega znacznej resorpcji, a następnie w 32% przypadków kość autologiczna zawodzi.

W każdym przypadku niepowodzenia kranioplastyki pacjent wymaga ponownego przyjęcia, drugiej operacji usunięcia płata kostnego, przedłużonej antybiotykoterapii (w przypadku infekcji), a następnie nowej płytki wykonanej na zamówienie i ponownego przyjęcia na trzeci zabieg chirurgiczny.

W większości przypadków do odbudowy stosuje się materiały syntetyczne, takie jak polimetakrylan metylu i siatka tytanowa. Powszechnie rekonstrukcja jest wykonywana przez chirurga przy użyciu takich materiałów do rzeźbienia kranioplastyki. Ostatnio zastosowano hydroformowane płytki tytanowe. Wiąże się to z procesem tomografii komputerowej wady, wirtualną rekonstrukcją, drukiem 3D form, tłoczeniem płyty i ręcznym wykończeniem. Chociaż tytanowa plastyka czaszki okazała się bardzo skuteczna w leczeniu ponad 150 pacjentów, pozostaje ona w organizmie pacjenta na całe życie i jako materiał niebiologiczny stanowi preferowane miejsce infekcji (około 5% przypadków). Ponadto medyczne obrazy tomografii komputerowej do oceny i leczenia schorzeń neurologicznych są narażane na całe życie z powodu metalowych artefaktów powstających z płytek. Ponadto ingerencja w sprzęt do skanowania metali powszechnie używany do celów bezpieczeństwa również pozostaje problemem na całe życie. Pacjenci z zainfekowaną tytanową plastyką czaszki wymagają czwartego przyjęcia w celu usunięcia metalowej lub polimerowej płytki, przedłużonej antybiotykoterapii, a następnie piątego zabiegu chirurgicznego w celu ponownego założenia nowej kranioplastyki.

Mezenchymalne komórki zrębowe (MSC): MSC to multipotentne dorosłe komórki zdolne do różnicowania wielu linii mezenchymalnych. Są to przylegające komórki podobne do fibroblastoidów o dużej zdolności do ekspansji. Znajdują się w tkance łącznej większości narządów i zostały wyizolowane ze szpiku kostnego, łożyska, tkanki tłuszczowej, pępowiny, płynu owodniowego, krwi krążącej, różnych tkanek płodu, błony maziowej mięśni szkieletowych, miazgi zębowej, wątroby, śledziony, płuc i skóry właściwej. Większość prac koncentrowała się na MSC pochodzącym ze szpiku kostnego, jednak istnieją również doniesienia kliniczne wykorzystujące tkankę tłuszczową i MSC pochodzące z łożyska. MSC z różnych źródeł mogą nie być funkcjonalnie równoważne lub wykazywać ten sam potencjał różnicowania. Głównymi funkcjami MSC pochodzącymi ze szpiku kostnego w odniesieniu do niniejszego badania jest zdolność do różnicowania linii osteogennej. To właśnie ta zdolność do różnicowania sprawiła, że ​​zastosowano je do braku zrostu kostnego i leczenia ubytków kostnych o krytycznym rozmiarze, aw szczególności do rekonstrukcji pustych przestrzeni czaszkowych. W obecnej propozycji Cell and Tissue Therapies W.A. w Royal Perth Hospital mają duże doświadczenie i wystąpiły o licencję TGA (Therapeutics Goods Administration, organ regulacyjny rządu australijskiego) na produkcję i dostarczanie MSC do leczenia pacjentów.

MSC nie są immunogenne i wymykają się rozpoznaniu przez alloreaktywne limfocyty T i komórki NK. Mają niski poziom ekspresji HLA klasy I i brak ekspresji HLA klasy II. Nie wykazują ekspresji cząsteczek kostymulujących i nie są zdolne do indukowania odpowiedzi immunologicznej, w której pośredniczą limfocyty T, a zatem mogą być stosowane jako uniwersalne komórki dawcy. Komórki allogeniczne były szeroko stosowane w badaniach klinicznych zarówno w modulacji immunologicznej, jak i naprawie tkanek. Zaletą stosowania komórek allogenicznych jest to, że można kontrolować wiek dawcy. Literatura wskazuje, że MSC pobrane od dawców starszych niż 40 lat są gorsze. Ponieważ wielu pacjentów leczonych plastyką czaszki ma więcej niż 40 lat, preferowane jest użycie komórek allogenicznych w tym badaniu. Badania kliniczne na ludziach i zwierzętach potwierdzają wykorzystanie komórek allogenicznych.

Kranioplastyka: Wydział Inżynierii Medycznej i Fizyki szpitala Royal Perth jest światowym liderem w dostarczaniu implantów na zamówienie i od piętnastu lat dostarcza wykonane na zamówienie tytanowe kranioplastyki. Podstawowa metodologia, która została zastosowana w leczeniu ponad 150 pacjentów, obejmuje rekonstrukcję ubytku przy użyciu zaawansowanego oprogramowania na podstawie tomografii komputerowej pacjenta. Po zrekonstruowaniu pustej przestrzeni tworzona jest kobieca forma do prasowania tytanowej płytki. Płyta jest następnie ręcznie wykańczana i sprawdzana pod kątem dopasowania do gotowego modelu wady.

Bioceramika: Resorbowalne bioceramiki, takie jak hydroksyapatyt i beta-fosforan triwapnia, są od wielu lat stosowane w leczeniu ubytków kostnych. Na przykład substytut przeszczepu kostnego ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) jest w pełni syntetycznym i resorbowalnym substytutem przeszczepu kostnego składającym się z beta-fosforanu trójwapniowego o wytrzymałości na ściskanie podobnej do kości gąbczastej. Połączona porowatość działa jak matryca przewodząca kości dla wrastania komórek kostnych i naczyń krwionośnych. Materiały te stosowane są do wypełniania ubytków kostnych po urazach, rekonstrukcji lub korekcji we wskazaniach nieobciążeniowych i często zalecają metodę perfuzji granulek na sali operacyjnej własnym szpikiem kostnym pacjenta. Wykazano, że resorpcja bioceramiki zachodzi w okresie 6-18 miesięcy (Buser 1998).

Rusztowanie polimerowe: Istnieje niezliczona ilość materiałów polimerowych używanych w chirurgii, w tym w chirurgii czaszkowo-szczękowej. Najpopularniejszym polimerem jest poli(kwas mlekowy). PLA, takie jak 70:30 poli(L-laktyd-ko-D,L-laktyd) są wytwarzane z amorficznego biodegradowalnego kopolimeru, który ostatecznie ulega resorpcji in vivo. Bioceramika i materiały polimerowe są zatwierdzone przez TGA do tego wskazania.