Тканеинженерный аутологичный хрящ, полученный из клеток, для восстановления поражений суставного хряща

Поврежденный суставной хрящ имеет ограниченную способность к самовосстановлению. Без своевременного, раннего и эффективного лечения повреждение суставного хряща прогрессивно усугубляется, что приводит к опуханию сустава, боли и дисфункции. В конечном итоге у пациента развивается остеоартрит, и ему потребуется искусственная замена сустава. Клиническая терапия повреждения хряща включает хирургию микропереломов и аутологичную трансплантацию костно-хрящевой ткани. Однако техника микропереломов ограничена небольшим повреждением, а аутологичная костно-хрящевая трансплантация затруднена из-за ограниченного предложения. Благодаря достижениям в области материаловедения, клеточной биологии, биомеханики и технологии биореакторов новое поколение остеохондральных биомиметических тканевых композитов демонстрирует большой потенциал для восстановления повреждений хряща.

В настоящее время в инженерии хрящевой ткани затравочные клетки получают из аутологичных или аллогенных хондроцитов, мезенхимальных стволовых клеток, эмбриональных стволовых клеток или плюрипотентных стволовых клеток. Все больше данных указывает на то, что мезенхимальные стволовые клетки костного мозга можно индуцировать для дифференцировки в хондроциты, и эти клетки успешно используются для лечения крупных дефектов костей, поражений хрящей и травм спинного мозга. Качество и количество костных мезенхимальных стволовых клеток с возрастом постепенно снижаются, особенно у пациентов с дегенеративными заболеваниями. Жировые стволовые клетки и мезенхимальные стволовые клетки пуповины многочисленны и имеют сходные характеристики с костными мезенхимальными стволовыми клетками, и оба этих типа клеток можно индуцировать для дифференцировки в хондроциты. Жировые стволовые клетки и мезенхимальные стволовые клетки пуповины использовались для восстановления дефектов хряща, но результаты все еще предварительны, и эти клетки не могут быть собраны или культивированы в больших количествах. Кроме того, использование эмбриональных стволовых клеток осложнено этическими соображениями. Как следствие, аутологичные хондроциты являются оптимальными затравочными клетками для инженерии хрящевой ткани.

Трансплантация аутологичных хондроцитов в сочетании с тканевой инженерией хрящевых каркасов для восстановления повреждения хряща требует от исследователей сосредоточения внимания на двух основных проблемах, а именно (i) амплификации хондроцитов in vitro и (ii) приготовлении биосовместимых хондроцитарных каркасов. Подготовка каркасов хондроцитов требует передовых технологий, и в настоящее время только Институт ортопедии при больнице общего профиля китайской Народно-освободительной армии имеет возможность производить бесклеточный хрящ; в Китае нет другого источника тканеинженерных хрящевых каркасов.

Запатентованный аллогенный бесклеточный каркас, ориентированный на хрящ, был успешно создан Исследовательской группой по инженерии хрящевых тканей, Институт ортопедии, Китайская больница общего профиля НОАК (с правами интеллектуальной собственности). Инновационный каркас имитирует состав и пространственные структурные характеристики нормального хряща. Способы приготовления следующие: суставной хрящ измельчают с получением природного хрящевого внеклеточного матрикса, который по биохимическому составу идентичен внеклеточному матриксу природного суставного хряща. Затем методом сублимационной сушки изготавливают пористый каркас в виде губки. Эксперименты in vitro и эксперименты по восстановлению поврежденного суставного хряща на крупных животных дали хорошие результаты. Используя этот материал, наша исследовательская группа подготовила каркасы из биомиметической ткани хряща, которые имитируют структурные характеристики внеклеточного матрикса природного суставного хряща. Этот каркас из аллогенного бесклеточного хряща имеет следующие характеристики: (1) он получен из аллогенного хряща, а внеклеточный матрикс остается интактным после аллотрансплантации, помогая поддерживать многочисленные компоненты нормального хряща, в частности, коллаген II типа и протеогликаны, что приводит к усилению восстановления . Хрящевые каркасы, используемые за пределами Китая, в основном состоят из коллагена типов I и III или гиалуроновой кислоты и сильно отличаются от натуральных компонентов хряща. Исходную структуру хряща трудно воспроизвести с помощью этих типов каркасов, а волокнистый хрящ может повлиять на результат лечения. (2) Биомиметический каркас имеет трехмерную структуру, аналогичную структуре нормального суставного хряща, которая представляет собой ориентированную структуру каркаса. Каркас имитирует ориентацию нормальных клеток хряща, которые расположены перпендикулярно поверхности, и обеспечивает паратактическую столбчатую структуру, которая способствует столбчатому расположению клеток. Эта структура в сочетании с коллагеном II типа и протеогликанами, полученными из нормального суставного хряща, приводит к структуре каркаса, которая очень близка к структуре нормального суставного хряща. Следовательно, восстановленный хрящ будет иметь нормальную структуру и функцию. (3) Ориентированные каркасы обладают хорошими биомеханическими свойствами. Его сжимающее напряжение лучше, чем у неориентированных лесов во влажных и сухих условиях. (4) Ориентированный каркас обладает хорошей биосовместимостью. В предварительных экспериментах исследовали иммунные реакции ориентированного каркаса гетерогенного (свиньи) и конспецифического (кролик) бесклеточного хряща. После имплантации ориентированного каркаса кролику наблюдали его иммунные реакции с точки зрения клеточного иммунитета и гуморального иммунитета. Результаты показали, что его иммуногенность была низкой. Таким образом, подтверждено, что ориентированный каркас бесклеточного хряща обладает хорошей биосовместимостью.

Неблагоприятные события

1. Безопасность Стандартные операционные процедуры для неблагоприятных событий и тяжелых нежелательных явлений будут разработаны для обеспечения быстрого лечения любых побочных реакций во время эксперимента для защиты участников.

2. Определения 2.1 Нежелательные явления После трансплантации хряща или хирургического лечения микропереломов могут возникать нежелательные явления, но они не обязательно имеют причинно-следственную связь с лечением.

   Общие побочные реакции после трансплантации хряща включают лихорадку, боль в суставах, отек и выпот. Общие побочные реакции после хирургии микропереломов включают лихорадку, боль в суставах, отек суставов и выпот.

   2.2 Тяжесть нежелательных явлений Нежелательные явления будут классифицироваться по трем уровням: общие нежелательные явления, жизненно важные нежелательные явления и тяжелые нежелательные явления.

   2.3 Связь с тканеинженерным хрящом Корреляция между нежелательными явлениями и тканеинженерным хрящом будет подразделяться на «определенно связанные», «вероятно связанные», «возможно не связанные», «не относящиеся к делу» или «неопределенные».

   2.4 Тяжелые нежелательные явления Все события, происходящие во время исследования, требующие госпитализации или длительной госпитализации, или приводящие к инвалидности, или влияющие на трудоспособность, или с риском смерти, или опасные для жизни события, будут регистрироваться.

3. Регистрация нежелательных явлений Все нежелательные явления во время эксперимента будут собираться до конца исследования.

4. Запись и отчетность Все нежелательные явления будут регистрироваться врачами, включая описание нежелательных явлений, время возникновения, время окончания, тяжесть, частоту и историю лечения.

   При возникновении серьезного нежелательного явления врачи не только проведут необходимое лечение, но и правдиво сообщат об этом в местное Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов и Национальное управление по контролю за продуктами и лекарствами в течение 24 часов, а также незамедлительно сообщат об этом Комитету по этике. Данные, результаты лечения и наблюдения будут отмечены в отчете.

5. Последующее наблюдение за нетяжелыми и тяжелыми нежелательными явлениями Если у пациента возникают нетяжелые нежелательные явления, его течение и исход будут тщательно контролироваться. Течение тяжелых нежелательных явлений будет зарегистрировано в отчетах о последующем наблюдении или сводных отчетах. Пациенты также будут находиться под наблюдением, и наблюдения будут записываться в течение 30 дней после приступа.

Статистический анализ

1. Гипотезы исследования Все гипотезы будут оцениваться с помощью двусторонних тестов. Значение P < 0,05 будет считаться статистически значимым. Будет проведена оценка сопоставимости исходных данных. Двусторонний статистический анализ будет выполнен с α = 5%.
2. Количество случаев Всего в этом исследовании примут участие 100 пациентов, которые будут разделены на две группы по 50 случаев в каждой.
3. Экспериментальный анализ Экспериментальные данные будут проанализированы с использованием статистического программного обеспечения SPSS 22.0. Данные измерений будут выражены как среднее значение ± стандартное отклонение, медиана, максимум, минимум и квартили; данные подсчета будут представлены в процентах (%). Данные подсчета между группами будут сравниваться с использованием критерия хи-квадрат или точного критерия Фишера. Данные измерений между группами будут сравниваться с использованием t-критерия. Непараметрические переменные между группами будут сравниваться с использованием критерия суммы рангов.
4. Статистический анализ Статистический анализ будет выполняться профессиональными статистиками, которые не будут участвовать в исследовании. Все данные будут введены и проверены, после чего будет подготовлен отчет о статистическом анализе.

Администрация

1. Сохранение суставного хряща Хрящевую ткань сохраняют и транспортируют в центрифужной пробирке объемом 50 мл, содержащей 8 мл раствора для консервации тканей, которую помещают на штатив для пробирок поверх пакета со льдом при температуре 4 °C в стерильных условиях. Хрящевая ткань будет доставлена ​​в Институт ортопедии в больнице общего профиля китайской Народно-освободительной армии в течение 12 часов.
2. Культивирование и сохранение хондроцитов Аутологичные хондроциты будут культивироваться и амплифицироваться в строгом соответствии со стандартами и требованиями Национальных институтов по контролю за продуктами питания и лекарствами. Все изображения и данные будут записаны. Клетки семян хряща будут заморожены в жидком азоте.
3. Обеспечение качества данных (1) Исследователи должны правильно заполнить форму отчета о клиническом случае (CRF). (2) Инспекторы будут регулярно проверять, чтобы все записанные данные были правильными и полными, и чтобы они соответствовали исходным записям, и будут быстро переданы администратору данных. (3) Администратор данных дополнительно проверит таблицы CRF и вернет форму исследователям. (4) Два клерка данных будут вводить повторяющиеся данные в компьютерную базу данных. (5) Два отдельных набора данных будут сравниваться с помощью компьютерного программного обеспечения и модифицироваться в соответствии с CRF. (6) Контроль качества: 5% всех данных о случаях будут случайным образом выбраны для ручной проверки. Если ошибка данных превышает 0,15%, все данные в базе данных будут проверены вручную.