Специализирано списание за хирургия и медицина: Хирургия Ортопедия Трансплантация на хрущялни клетки. Биоматериалите като носители за матриксната АСТ

Трансплантация на хрущялни клетки. Биоматериалите като носители за матриксната АСТ

Печат
Сподели

Трансплантация на хрущялни клетки, артроскопска биопсия от хрущял, ин-витро-умножаването на клетките, Мини-артротомиятаБиологически за регенерирането на хрущялната тъкан е необходимо трансплантиране на клетки с хондрогенен потенциал. Такова начало представлява техниката на автоложната трансплантация на хрущялни клетки (ACT) с увеличение на собствените хрущялни клетки в лабораторни условия и последващата им ре-трансплантация. За подобряване на биологичните свойства и опростяване на оперативните манипулации като съществена модификация са използвани био-материали.

 

За да се избере подходящият био-материал, е необходимо да се направи анализ на взаимодействията между клетките и матрикса и да се запази хондроцитното диференциране на култивираните клетки.

Основният принцип на техниката ACT се състои от три единични стъпки. След артроскопската биопсия от хрущяла и ин-витро-умножаването на клетките се инжектира клетъчна суспензия под периоста, покриващ хрущялния дефект. След трансплантирането на клетките в дефекта, те започват да произвеждат хрущялен матрикс, който от своя страна постепенно запълва дефекта. Използването на принципите на тъканното инженерство [Tissue Engineering] допринася за по-нататъшно модифициране на класическата ACT във формата на MACT (матриксно асоциирана автоложна трансплантация на хрущялни клетки). Използвани са предимно биоматериали като носещи субстанции и матрикси. В повечето случаи още в ин-витро-фазата култивираните клетки се поставят върху био-материалите или клетките се култивират директно в един матрикс. От една страна био-материалите изпълняват функцията на клетъчен носител, а от друга – при по-продължително култивиране – влияят върху клетъчното диференциране. Използваните субстанции трябва да са биологично съвместими, да действат възможно най-слабо имуногенно, да не предизвикват реакции на възпаление или отхвърляне и да улесняват врастването на имплантираните клетки в техните структури. Те следва да могат да се резорбират без остатък, да предпазват клетките механично в зададения период на резорбция и да улесняват образуването, респ. стабилизирането, на хондроцитния фенотип. Оперативната намеса е много съществено опростена от клетъчно-матриксната конструкция, получена вследствие използването на носещи субстанции. Тя може да се постави в дефекта с миниатюрна артротомия без допълнително хирургично фиксиране с шев. Отпада повдигането и пришиването на периоста. При добра адхерентност на трансплантата към субхондралната кост и при добра основа на хрущяла не е необходимо допълнително фиксиране на трансплантата. Мини-артротомията и отпадането на фиксирането на периоста намаляват продължителността на операцията и постоперативната заболеваемост.

Материал и методи
В университетската клиника във Виена за клиничното приложение на MACT и експерименталното му изследване се прилагат следните биоматериали:

1. Колагенова мембрана, състояща се от колаген тип I и тип III (MACI®, Verigen, Леверкузен, Германия)

2. Слоеве от хиалуронова киселина (Hyalograft®, FAB, Abano Terme, Италия)

3. колагенов гел от колаген тип I (CaReS®, ArsArthro, Кремс, Австрия)

4. бифазен колагенов матрикс (Novocart 3D®, TeTec, Braun/Aesculap, Германия).

При имплантирането са взети проби за описване на морфологично-биологичните свойства на различните трансплантати, които след това са обработени с хистологични и електронно-микроскопски техники.
 

Резултати
В зависимост от съответния използван материал в морфологичното изобразяване на носещите субстанции и на култивираните клетки има значителни разлики. При хистологичен разрез на колагеновия слой, състоящ се от колаген тип I и тип III, могат да се различат хлабави влакна с голям диаметър и малки компактни влакна. Населването на носителя с клетки се концентрира предимно на повърхността, където се образува многопластово клетъчно натрупване. Инфилтрирането в дълбочина се осъществява предимно в горната трета от мембраната. Морфологично клетките варират от закръглени, през плоски и полигонални до продълговати, респ. подобни на фибробласти. С помощта на растерен електронен микроскоп се виждат триизмерната мрежа на колагеновия слой от колагенови фибрили с различна дебелина и поникването на клетки по повърхността на носителя. С трансмисионна електронна микроскопия се вижда изразеното взаимодействие на клетките с влакната на носителя и добрата адхерентност като резултат от тях. Добре образуваните органели на синтезиращия апарат на клетката (груб ендоплазматичен ретикулум, апарат на Голджи, везикули), както и бедното на хетерохроматин ядро са признаци на висока метаболитна активност. Слоят от хиалуронова киселина е със значително по-голяма дебелина от колагеновия. Самите влакна са компактни и с еднаква дебелина. Инфилтрирането на носителя с клетки се простира по цялата ширина, но на места е много различно. Характерно е образуването на клетъчни гнезда. Клетъчната морфология е хетерогенна с кръгли, полигонални и подобни на фибробласти клетки. Синтезираният от клетките извънклетъчен матрикс се различава добре от носещия материал и на места е наличен в по-големи количества. При трансмисионната електронна микроскопия адхерентността на клетките към носещите влакна се разпознава посредством синтезирания извънклетъчен матрикс. Разположените в непосредствена близост на клетките неправилни по форма или филаментарно свързани части от матрикса насочват към висока синтезна активност на клетките. В колагеновия гел се различават две структурно различни компоненти: Снопове от груби влакнести колагенови фибрили и фин фибрилярен материал, който покрива междинните пространства между снопчетата от колагенови влакна. Последните морфологично наподобяват големите колагенови влакна на колагеновия слой. Колагеновият гел напълно насища носещия материал с култивираните клетки, но с неравномерно разпределение на клетките. В сравнение със слоевидните структури броят на клетките на единица площ е значително по-малък поради съкратеното време за култивиране – около две седмици. В по-голямата си част клетките имат кръгла до полигонална морфология, отговаряща напълно на хондроцитен морфотип. С трасмисионен електронен микроскоп се вижда синтетичната активност на клетките на базата на добре изобразения апарат на Голджи, грубия ендоплазматичен ретикулум и бедното на хетерохроматин ядро. Кръглата форма на клетката, микровилите, както и липидните и гликогенни включвания в цитоплазмата са характеристика на хондроцитния фенотип. Бифазният матрикс от колаген тип I представлява взаимосвързана система от кухи пространства, която при хистологичен разрез показва два слоя. В компактния няма клетки, като той е добре отграничен от синовиалния слой на ставата. За разлика от това в гъбестия клетките са разположени изключително плътно, и в сравнение с всички други носещи материали изглеждат много хомогенни. Клетките са напълно закръглени, което е признак за висока степен на диференциация. В ултра-структурата клетъчната морфология е изцяло хомогенна. В по-голямата си част клетките имат кръгла до полигонална морфология, отговаряща напълно на хондроцитен морфотип. При трансмисионната електронна микроскопия се вижда добре синтетичната активност на клетката на базата на добре изобразения груб ендоплазматичен ретикулум, апарата на Голджи и бедното на хетерохроматин ядро. Характерни за хондроцитния фенотип са липидните и гликогенни включвания в цитоплазмата и микровилите.

Изводи за практиката
Доразвитието и модифицирането на класическата ACT с използване на био-материали – матриксна автоложна трансплантация на хрущялни клетки (MACT) има своите предимства за оперативната техника и биологията. Носещите материали, способни да се резорбират, представляват матриксна система за култивиране на клетките и улесняват оперативното извършване на трансплантирането и фиксирането в дефекта. За да се избере подходящия носещ материал, е необходимо да се направи анализ на условията на клетъчното култивиране, на взаимодействията между клетките и между клетките и матрикса и да се запази виталитета чрез хондроцитно диференциране.

 

 

 

Автор: Щефан Марловиц, Бригите Тихи и Силвия Нюрнбергер, Университетска клиника по спешна хирургия на медицинския университет във Виена, Währinger Gürtel 18–20, 1090 Виена
Адрес за кореспонденция: Д-р Щефан Марловиц, Университетска клиника по спешна хирургия на медицинския университет във Виена, Währinger Gürtel 18–20, 1090 Виена; Болница “Al Ain Hospital”, Обединени арабски емирства.

Author Profile: Пролидиабет

This author has published 112 articles so far. More info about the author is coming soon.