Kranial rekonstruktion med hjälp av mesenkymala stromaceller och resorberbara biomaterial

Bakgrund: Kranialbensdefekter lämnas ofta kvar efter hjärnoperationer, vanligtvis för att svullnad i hjärnan ska kunna återhämta sig innan ett skyddande hölje av hjärnan återimplanteras vid ett senare tillfälle (kranioplastik). Dessa procedurer utförs var som helst över kranialvalvet, antingen ensidigt eller bilateralt. Den ursprungliga benbiten (autolog benplatta = benflik) placeras i en steril behållare och förvaras i kylskåp vid en temperatur av -40oC.

Veckor eller månader senare, när hjärnan är avslappnad, hårbotten väl läkt och patientens medicinska tillstånd tillåter, förs individen tillbaka till operationssalen och benet återimplanteras (ett förfarande som kallas en autolog kranioplastik). Syftet med proceduren är att återställa kosmetisk och skydd till den underliggande hjärnan och den kan ibland också förbättra neurologiska symtom genom okända mekanismer. Tyvärr uppnås dessa mål inte alltid och även om det är tekniskt okomplicerat är proceduren känd för att vara förknippad med ett antal komplikationer. Två av de mest betydande av dessa är infektion (såsom att benfliken behöver tas bort och bytas ut) och resorption (så att den skyddande funktionen äventyras). Totalt blir 10 % av patienterna med autologa ben infekterade, 10 % kräver ersättning på grund av resorption och 12 % resorberas signifikant, sedan har det autologa benet misslyckats i 32 % av fallen.

I varje fall av kranioplastiksvikt kräver patienten återinläggning, en andra operation för att ta bort benfliken, långvarig antibiotikabehandling (vid infektion), och sedan en ny specialtillverkad platta och återinläggning för ett tredje kirurgiskt ingrepp.

I de flesta fall används syntetiska material som polymetylmetakrylat och titannät för rekonstruktion. Vanligtvis utförs rekonstruktion av kirurgen som använder sådana material för att skulptera kranioplastiken. På senare tid har hydroformade titanplattor använts. Detta innebär en process med CT-skanning av defekten, virtuell rekonstruktion, 3D-utskrift av formar, pressning av plåten och handfinish. Även om den är mycket framgångsrik för att behandla mer än 150 patienter, stannar titankranioplastiken kvar i patienten livet ut och presenterar sig som ett icke-biologiskt material som en föredragen plats för infektion (ungefär 5 % av fallen). Dessutom är medicinska CT-bilder för bedömning och behandling av neurologiska tillstånd äventyrade för livet på grund av metallartefakter som uppstår från plattorna. Dessutom förblir interferens med metallskanningsutrustning som vanligtvis används för säkerhetsändamål också ett livstidsproblem. Patienterna med en infekterad titankranioplastik kräver en fjärde inläggning för att ta bort metall- eller polymerplattan, utökad antibiotikabehandling och sedan ett femte kirurgiskt ingrepp för att återinföra en ny kranioplastik.

Mesenkymala stromaceller (MSC): MSC är multipotenta vuxna celler som kan differentiera ner flera mesenkymala linjer. De är vidhäftande fibroblastoidliknande celler med stor expansionsförmåga. De finns i bindväven i de flesta organ och har isolerats från benmärg, placenta, fettvävnad, navelsträng, fostervatten, cirkulerande blod, olika fostervävnader, skelettmuskelsynovia, tandmassa, lever, mjälte, lunga och dermis. Det mesta arbetet har fokuserat på MSC som härrör från benmärg, men det finns även några kliniska rapporter som använder fettvävnad och MSC härrörande från placenta. MSC från olika källor kanske inte är funktionellt likvärdiga eller uppvisar samma differentieringspotential. Huvudfunktionerna för benmärgshärledd MSC med avseende på föreliggande studie är förmågan att differentiera ner den osteogena härkomsten. Det är denna förmåga att särskilja som har sett dem tillämpas på benig icke-union och behandling av skelettbrist i kritisk storlek, och i synnerhet rekonstruktion av kraniala tomrum. I det aktuella förslaget har Cell and Tissue Therapies W.A. vid Royal Perth Hospital lång erfarenhet och har ansökt om en TGA-licens (Therapeutics Goods Administration, Australian Government regulatory Authority) för att tillverka och tillhandahålla MSC för patientbehandling.

MSC är inte immunogena och undkommer igenkänning av alloreaktiva T-celler och NK-celler. De har låg nivå uttryck av HLA klass I och inget uttryck av HLA klass II. De uttrycker inte samstimulerande molekyler och kan inte inducera T-cellsmedierat immunsvar och kan därför användas som universella donatorceller. Allogena celler har använts i stor utsträckning i kliniska prövningar i både immunmodulering och vävnadsreparation. Fördelen med att använda allogena celler är att donatoråldern kan kontrolleras. Litteraturen indikerar att MSC som skördats från donatorer äldre än 40 år är sämre. Eftersom många av patienterna som behandlas med kranioplastik är äldre än 40 år är användningen av allogena celler att föredra i denna studie. Kliniska försök på människor och djurstudier stödjer användningen av allogena celler.

Kranioplastik: Institutionen för medicinsk teknik och fysik vid Royal Perth Hospital är världsledande på att tillhandahålla skräddarsydda implantat och har levererat skräddarsydda kranioplaster i titan i femton år. Den grundläggande metodiken som har använts för att behandla över 150 patienter inkluderar rekonstruktion av tomrummet med hjälp av avancerad programvara baserad på patientens datortomografi. När tomrummet har rekonstruerats skapas en honform för att pressa titanplattan. Plåten färdigbearbetas sedan för hand och kontrolleras för montering på en färdig defekt modell.

Biokeramik: Resorberbar biokeram som hydroxyapatit och beta-trikalciumfosfat har använts vid behandling av benbrist i många år. Till exempel är ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) bentransplantatersättning ett helsyntetiskt och resorberbart bentransplantatersättning som består av beta-trikalciumfosfat med en tryckhållfasthet som liknar den hos spongiöst ben. Den sammankopplade porositeten fungerar som en ostekonduktiv matris för inväxt av benceller och blodkärl. Sådana material används för att fylla bendefekter efter trauma, rekonstruktion eller korrigering vid icke-bärande indikationer och vanligtvis föreskriver dessa material en metod för perfusion av granulerna i operationssalen med patientens egen benmärg. Resorption av biokeramiken har visat sig ske under en period av 6-18 månader (Buser 1998).

Polymerställning: Det finns en myriad av polymermaterial som används för kirurgi, inklusive inom området kranio-maxillofacial kirurgi. Den vanligaste polymeren är poly(mjölksyra). PLA såsom 70:30 poly(L-laktid-co-D,L-laktid) är gjorda av en amorf biologiskt nedbrytbar sampolymer som slutligen resorberar in vivo. Biokeramerna och polymermaterialen är godkända av TGA för denna indikation.