علاج العظام عن طريق التعظم داخل الغضروف عن طريق زرع أنسجة الغضاريف الاصطناعية المنتجة من الخلايا الجذعية الوسيطة لديه القدرة على التحايل على عيوب العلاجات التقليدية. الهلاميات المائية لحمض الهيالورونيك فعالة في توسيع نطاق ترقيع الغضاريف المتمايزة بشكل موحد بالإضافة إلى إنشاء عظام متكاملة مع الأوعية الدموية بين الطعوم المنصهرة في الجسم الحي.
من الصعب تطبيق العلاج التقليدي لتجديد العظام باستخدام الخلايا الجذعية الوسيطة (MSCs) على عيوب العظام الأكبر من الحجم الحرج لأنه لا يحتوي على آلية للحث على تكوين الأوعية. يؤدي زرع أنسجة الغضاريف الاصطناعية المصنعة من MSCs إلى تكوين الأوعية الدموية وتكوين العظام في الجسم الحي عن طريق التعظم داخل الغضروف (ECO). لذلك ، قد يكون هذا النهج بوساطة منظمة التعاون البيئي علاجا واعدا لتجديد العظام في المستقبل. يتمثل أحد الجوانب المهمة للتطبيق السريري لهذا النهج بوساطة ECO في إنشاء بروتوكول لإعداد ما يكفي من الغضروف ليتم زرعه لإصلاح عيب العظام. ليس من العملي بشكل خاص تصميم كتلة واحدة من الغضروف المطعمة بحجم يتوافق مع شكل عيب العظم الفعلي. لذلك ، يجب أن يكون للغضروف المراد زرعه خاصية تكوين العظام بشكل متكامل عند زرع قطع متعددة. قد تكون الهلاميات المائية أداة جذابة لتوسيع نطاق الطعوم المهندسة بالأنسجة من أجل التعظم داخل الغضروف لتلبية المتطلبات السريرية. على الرغم من أن العديد من الهلاميات المائية المشتقة بشكل طبيعي تدعم تكوين غضروف MSC في المختبر و ECO في الجسم الحي ، إلا أن مادة السقالة المثلى لتلبية احتياجات التطبيقات السريرية لم يتم تحديدها بعد. حمض الهيالورونيك (HA) هو عنصر حاسم في مصفوفة الغضروف خارج الخلية وهو عديد السكاريد القابل للتحلل الحيوي والمتوافق حيويا. هنا ، نظهر أن الهلاميات المائية HA لها خصائص ممتازة لدعم التمايز في المختبر لأنسجة الغضاريف القائمة على MSC وتعزيز تكوين العظام داخل الغضروف في الجسم الحي.
لا يزال العظم الذاتي هو المعيار الذهبي لإصلاح عيوب العظام بسبب الصدمات والعيوب الخلقية والاستئصال الجراحي. ومع ذلك ، فإن تطعيم العظام الذاتي له قيود كبيرة ، بما في ذلك ألم المتبرع ، وخطر العدوى ، وحجم العظام المحدود الذي يمكن عزله عن المرضى1،2،3،4. تم تطوير العديد من المواد الحيوية كبدائل للعظام ، تجمع بين البوليمرات الطبيعية أو الاصطناعية والمواد المعدنية مثل فوسفات الكالسيوم أو هيدروكسيباتيت 5,6. عادة ما يتم تحقيق تكوين العظام في هذه المواد الهندسية باستخدام المواد المعدنية كمادة أولية للسماح للخلايا الجذعية بالتمايز مباشرة إلى بانيات العظم من خلال عملية التعظم داخل الغشاء (IMO)7. تفتقر هذه العملية إلى الخطوة الوعائية ، مما يؤدي إلى عدم كفاية الأوعية الدموية في الجسم الحي للكسب غير المشروع بعد الزرع8،9،10 ، وبالتالي ، قد لا تكون الطرق التي تستخدم مثل هذه العملية هي الأمثل لعلاج عيوب العظام الكبيرة 11.
وقد ثبت أن الاستراتيجيات المطبقة لتلخيص عملية التعظم داخل الغضروف (ECO) ، وهي آلية فطرية في تكوين الهيكل العظمي أثناء التطور ، تتغلب على المشاكل الكبيرة المرتبطة بالنهج التقليدية القائمة على المنظمة البحرية الدولية. في ECO ، تطلق الخلايا الغضروفية في قالب الغضروف عامل نمو بطانة الأوعية الدموية (VEGF) ، مما يعزز تسلل الأوعية الدموية وإعادة تشكيل قالب الغضروف إلى العظم12. يستخدم النهج بوساطة ECO لتكوين العظم عن طريق إعادة تشكيل الغضروف وتكوين الأوعية ، والذي يتم تنشيطه أيضا أثناء إصلاح الكسر ، أنسجة غضروفية تم إنشاؤها بشكل مصطنع مشتقة من MSCs كمادة أولية. يمكن للخلايا الغضروفية تحمل نقص الأكسجة في عيوب العظام ، والحث على تكوين الأوعية الدموية ، وتحويل طعم الغضروف الخالي من الأوعية الدموية إلى نسيج وعائي. أفادت العديد من الدراسات أن ترقيع الغضروف القائم على MSC يولد العظام في الجسم الحي من خلال تنفيذ مثل هذا البرنامج ECO 13،14،15،16،17،18،19،20،21.
أحد المتطلبات الأساسية للتطبيق السريري لهذا النهج بوساطة منظمة التعاون البيئي هو كيفية تحضير الكمية المطلوبة من طعم الغضروف في بيئة سريرية. إعداد الغضروف السريري بحجم يناسب عيب العظام الفعلي ليس عمليا. لذلك ، يجب أن يشكل غضروف الكسب غير المشروع العظام بشكل متكامل عند زرع شظايا متعددة22. قد تكون الهلاميات المائية أداة جذابة لتوسيع نطاق الطعوم المهندسة بالأنسجة من أجل التعظم داخل الغضروف. تدعم العديد من الهلاميات المائية المشتقة بشكل طبيعي تكوين غضروف MSC في المختبر و ECO في الجسم الحي23،24،25،26،27،28،29،30،31،32 ؛ ومع ذلك ، ظلت مواد الدعم المثلى لتلبية متطلبات التطبيق السريري غير محددة. حمض الهيالورونيك (HA) هو عديد السكاريد القابل للتحلل الحيوي والمتوافق حيويا الموجود في المصفوفة خارج الخلية للغضروف33. يتفاعل HA مع MSCs عبر مستقبلات سطحية مثل CD44 لدعم التمايز الغضروفي25،26،28،30،31،32،34. بالإضافة إلى ذلك ، تعزز سقالات HA التمايز العظمي بوساطة المنظمة البحرية الدولية للخلايا الجذعية لب الأسنانالبشرية 35 ، والسقالات جنبا إلى جنب مع الكولاجين تعزز تكوين العظم بوساطة ECO-36,37.
هنا ، نقدم طريقة لإعداد الهلاميات المائية HA باستخدام MSCs البشرية البالغة المشتقة من نخاع العظم واستخدامها لتكوين الغضروف الضخامي في المختبر والتعظم داخل الغضروفي اللاحق في الجسم الحي38. قارنا خصائص HA مع خصائص الكولاجين ، وهي مادة مطبقة على نطاق واسع في هندسة أنسجة العظام مع MSCs ومادة مفيدة لتوسيع نطاق الطعوم الاصطناعية للتعظم داخل الغضروف17. في نموذج الفئران التي تعاني من نقص المناعة ، تم تقييم تركيبات HA والكولاجين المصنفة مع MSCs البشرية لإمكانات ECO في الجسم الحي عن طريق الزرع تحت الجلد. تظهر النتائج أن الهلاميات المائية HA ممتازة كسقالة ل MSCs لإنشاء ترقيع غضروفي اصطناعي يسمح بتكوين العظام من خلال ECO.
ينقسم البروتوكول إلى خطوتين. أولا ، يتم تحضير تركيبات MSCs البشرية المصنفة على هيدروجيل الهيالورونان وتمييزها إلى غضروف ضخامي في المختبر. بعد ذلك ، يتم زرع التركيبات المتمايزة تحت الجلد في نموذج عاري للحث على التعظم داخل الغضروف في الجسم الحي (الشكل 1).
يعد استخدام مواد السقالة المناسبة التي تعزز الانتقال من الغضروف الضخامي إلى العظام نهجا واعدا لتوسيع نطاق ترقيع الغضروف الضخامي الهندسي القائم على MSC وعلاج عيوب العظام ذات الحجم الكبير سريريا. هنا ، نظهر أن HA هي مادة سقالة ممتازة لدعم تمايز أنسجة الغضاريف الضخامية القائمة على MSC في المخ…
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل من خلال منحة في المعونة للبحث العلمي (KAKENHI) من الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم (JSPS) (رقم المنحة . JP19K10259 و 22K10032 إلى MAI).
0.25w/v% Trypsin-1mmol/L EDTA.4Na Solution | FUJIFILM Wako Pure Chemical | 209-16941 | |
Antisedan | Nippon Zenyaku Kogyo | ||
ascorbate-2-phosphate | Nacalai Tesque | 13571-14 | |
Bambanker | GC Lymphotec | CS-02-001 | |
basic fibroblastic growth factor | Reprocell | RCHEOT002 | |
bovine serum albumin | FUJIFILM Wako Pure Chemical | 012-23881 | 7.5 w/v% |
Countess Automated Cell Counter with cell counting chamber slides and Trypan Blue stain 0.4% | Invitrogen | C10283 | |
dexamethasone | Merck | D8893 | |
Domitor | Nippon Zenyaku Kogyo | ||
Dormicum | Astellas Pharma | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium | Merck | D6429 | high glucose |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium/Nutrient Mixture F-12 Ham | Merck | D6421 | |
Fetal bovine serum | Hyclone | SH30396.03 | |
Gentamicin sulfate | FUJIFILM Wako Pure Chemical | 1676045 | 10 mg/mL |
Haccpper Generator | TechnoMax | CH-400-5QB | 50 ppm hypochlorous acid water |
Human Mesenchymal Stem Cells | Lonza | PT-2501 | |
HyStem Cell Culture Scaffold Kit | Merck | HYS020 | |
IL-1ß | PeproTech | AF-200-01B | |
ITS-G supplement | FUJIFILM Wako Pure Chemical | 090-06741 | ×100 |
L-Alanyl-L-Glutamine | FUJIFILM Wako Pure Chemical | 016-21841 | 200mmol/L (×100) |
L-proline | Nacalai Tesque | 29001-42 | |
L-Thyroxine | Merck | T1775 | |
MSCGM Mesenchymal Stem Cell Growth Medium BulletKit |
Lonza | PT-3001 | |
paraffin | FUJIFILM Wako Pure Chemical | 165-13375 | |
PBS / pH7.4 100ml | Medicago | 09-2051-100 | |
TGF-β3 | Proteintech | HZ-1090 | |
Vetorphale | Meiji Seika Kaisha | ||
Visiocare Ointment | SAVAVET/SAVA Healthcare | ||
β-glycerophosphate | FUJIFILM Wako Pure Chemical | 048-34332 |