Реконструкция черепа с использованием мезенхимальных стромальных клеток и резорбируемых биоматериалов

Предыстория: Дефекты костей черепа часто оставляют после операции на головном мозге, обычно для того, чтобы дать возможность отеку мозга восстановиться перед повторной имплантацией защитного покрытия головного мозга в более позднее время (краниопластика). Эти процедуры выполняются в любом месте на своде черепа, односторонне или двусторонне. Исходный кусок кости (аутологичная костная пластина = костный лоскут) помещают в стерильный контейнер и хранят в холодильнике при температуре -40°С.

Спустя недели или месяцы, когда мозг расслаблен, кожа головы хорошо зажила и позволяет состояние здоровья пациента, человека отвозят обратно в операционную и повторно имплантируют кость (процедура, известная как аутологичная краниопластика). Цель процедуры — восстановить косметику и защиту основного мозга, а иногда она также может улучшить неврологические симптомы с помощью неизвестных механизмов. К сожалению, эти цели не всегда достигаются, и, хотя процедура технически проста, известно, что она связана с рядом осложнений. Двумя наиболее серьезными из них являются инфекция (такая, что костный лоскут необходимо удалить и заменить) и резорбция (такая, что защитная функция нарушена). В целом 10% пациентов с аутологичной костью инфицируются, 10% требуют замены из-за резорбции и 12% становятся значительно резорбированными, тогда в 32% случаев аутологическая кость выходит из строя.

В каждом случае неудачи краниопластики пациенту требуется повторная госпитализация, повторная операция по удалению костного лоскута, длительная антибактериальная терапия (в случае инфекции), а затем новая индивидуальная пластина и повторная госпитализация для третьего хирургического вмешательства.

В большинстве случаев для реконструкции используются синтетические материалы, такие как полиметилметакрилат и титановая сетка. Обычно реконструкция проводится хирургом с использованием таких материалов для моделирования краниопластики. Совсем недавно стали использовать гидроформованные титановые пластины. Это включает в себя процесс КТ-сканирования дефекта, виртуальную реконструкцию, 3D-печать форм, прессование пластины и ручную отделку. Хотя титановая краниопластика была очень успешной в лечении более 150 пациентов, она остается у пациента на всю жизнь и, как небиологический материал, представляет собой предпочтительное место для инфекции (примерно 5% случаев). Кроме того, медицинские КТ-изображения для оценки и лечения неврологических состояний скомпрометированы на всю жизнь из-за металлических артефактов, возникающих из-за пластин. Кроме того, вмешательство в работу оборудования для сканирования металла, обычно используемого в целях безопасности, также остается проблемой на всю жизнь. Пациентам с инфицированной титановой краниопластикой требуется четвертая госпитализация для удаления металлической или полимерной пластины, продолжительное лечение антибиотиками, а затем пятая хирургическая процедура для повторной установки новой краниопластики.

Мезенхимальные стромальные клетки (МСК): МСК представляют собой мультипотентные взрослые клетки, способные дифференцироваться вниз по множеству мезенхимальных клонов. Они представляют собой прикрепленные фибробластоподобные клетки с обширной способностью к расширению. Они находятся в соединительной ткани большинства органов и были выделены из костного мозга, плаценты, жировой ткани, пуповины, амниотической жидкости, циркулирующей крови, различных тканей плода, синовии скелетных мышц, пульпы зуба, печени, селезенки, легких и дермы. Большинство работ было сосредоточено на МСК, полученных из костного мозга, однако есть также некоторые клинические отчеты с использованием МСК, полученных из жировой ткани и плаценты. МСК из разных источников могут быть функционально не эквивалентны или обладать одинаковым потенциалом дифференцировки. Основными функциями MSC, происходящими из костного мозга, в отношении настоящего исследования является способность дифференцироваться вниз по остеогенной линии. Именно эта способность к дифференциации позволяет применять их для несращения костей и для лечения дефицита костного скелета критических размеров, в частности, для реконструкции черепных полостей. В текущем предложении Cell and Tissue Therapies WA в Королевской больнице Перта имеют большой опыт и подали заявку на получение лицензии TGA (Управление терапевтических товаров, регулирующий орган правительства Австралии) на производство и предоставление MSC для лечения пациентов.

МСК не являются иммуногенными и не распознаются аллореактивными Т-клетками и NK-клетками. У них низкий уровень экспрессии HLA класса I и отсутствие экспрессии HLA класса II. Они не экспрессируют костимулирующие молекулы и не способны индуцировать опосредованный Т-клетками иммунный ответ, поэтому их можно использовать в качестве универсальных донорских клеток. Аллогенные клетки широко использовались в клинических испытаниях как для иммуномодуляции, так и для восстановления тканей. Преимущество использования аллогенных клеток заключается в том, что можно контролировать возраст донора. В литературе указывается, что МСК, полученные от доноров старше 40 лет, являются неполноценными. Поскольку многие пациенты, проходящие краниопластику, старше 40 лет, использование аллогенных клеток в этом исследовании предпочтительнее. Клинические испытания на людях и исследования на животных подтверждают использование аллогенных клеток.

Краниопластика: Отделение медицинской инженерии и физики в Королевской больнице Перта является мировым лидером в производстве имплантатов, изготовленных по индивидуальному заказу, и вот уже пятнадцать лет поставляет изготовленные на заказ титановые краниопластики. Базовая методология, которая использовалась для лечения более 150 пациентов, включает реконструкцию полости с использованием передового программного обеспечения на основе компьютерной томографии пациента. После того, как пустота восстановлена, создается женская форма для прессования титановой пластины. Затем пластина дорабатывается вручную и проверяется на предмет установки на предварительно изготовленной модели дефекта.

Биокерамика: Рассасывающаяся биокерамика, такая как гидроксиапатит и бета-трикальцийфосфат, уже много лет используется для лечения дефицита костной ткани. Например, заменитель костного трансплантата ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) представляет собой полностью синтетический и резорбируемый заменитель костного трансплантата, состоящий из бета-трикальцийфосфата с прочностью на сжатие, аналогичной прочности губчатой ​​кости. Взаимосвязанная пористость действует как остеокондуктивная матрица для врастания костных клеток и кровеносных сосудов. Такие материалы используются для заполнения костных дефектов после травм, реконструкции или коррекции по ненагрузочным показаниям и обычно этими материалами назначают метод перфузии гранул в операционной собственным костным мозгом пациента. Было показано, что резорбция биокерамики происходит в течение 6-18 месяцев (Buser 1998).

Полимерный каркас: существует множество полимерных материалов, используемых в хирургии, в том числе в области черепно-челюстно-лицевой хирургии. Наиболее распространенным полимером является поли(молочная кислота). PLA, такой как 70:30 поли(L-лактид-со-D,L-лактид), изготовлены из аморфного биоразлагаемого сополимера, который в конечном итоге рассасывается in vivo. Биокерамика и полимерные материалы одобрены TGA для этого показания.