Mesenchymalis őssejtek felhasználása sérült porc pótlására

A Vas Megyei Markusovszky Lajos Általános és Gyógyfürdő Kórház, Egyetemi Oktató Kórház Baleseti Sebészeti Osztály1 és Központi Laboratórium2, Szombathely és a Pécsi Tudományegyetem Egészségtudományi Kar, Gyakorlati Diagnosztikai Tanszék, Szombathelyi Képzési Központ3 közleménye

Mesenchymalis őssejtek felhasználása sérült porc pótlására DR. SALAMON ANTAL1, DR. TOLDY ERZSÉBET2,3, DR. BÍRÓ CSABA1 Érkezett: 2012. április 12.

ÖSSZEFOGLALÁS Az ízületi porcsérülések után kialakult defektusok gyógyulása az eddig alkalmazott műtéti technikákkal rendszerint nem járt megfelelő eredménnyel. Ennek az volt az oka, hogy a porcszövet avascularis, és ritkán sikerül a károsodott hyalinporc helyreállítása. Így gyakran az előnytelenebb fibrosus porcszövet alakul ki, s ez a II-es típusú kollagén és aggrekán károsodása miatt rosszabb funkcióhoz vezetett. Főleg a nagyobb, teljes vastagságú porcdefektusok pótlása okoz nehézséget. Az elmúlt években végzett kutatások során kiderült, hogy a mesenchymalis őssejtek multipotensek és kitűnő regenerációs potenciállal rendelkeznek. A csontvelőből különösen könnyen nyerhetők és sejtkultúrában expandálnak. A bioaktív molekulákkal specifikus növekedési faktorokkal kezelt mesenchymalis őssejtek így differenciálódnak, proliferálnak, majd a porcdefektusba vivőanyagokkal eljuttatva chondrocytákká alakulnak, s az eredetihez hasonló porcszövet keletkezik. Az elmúlt évek során végzett számos in vitro és in vivo preklinikai vizsgálattal az ízületi porcdefektus fenti módszerrel történő pótlása igen biztató eredményekkel járt. A jelen közlemény a legújabb vizsgálatok eredményeit tekinti át, melyek birtokában remény van arra, hogy a közeljövőben a klinikai gyakorlatban is sor kerülhet a porchiányok kezelése mesenchymalis őssejtek felhasználásával. Kulcsszavak:

Chondrocyta – Transzplantáció; Chondrogenesis; Ízületi porc – Fiziopatológia; Mesenchymalis őssejt transzplantáció; Porcsérülés – Fiziopatológia; Transzplantáció, autológ;

A. Salamon, E. Toldy, Cs Bíró: Replacement of cartilage injuries using mesenchymal stem cells Articular cartilage injury has a poor prognosis for repair. Presently no methods produced entirely successful regenerated cartilage, and a mechanically inadequate fibrocartilage develops. According to the recently performed investigations mesenchymal stem cells are multipotent, have excellent regenerative potential. These cells are easily isolated from adult bone marrow and expand in cell culture. This process is assisted by application of bioactive molecules, specific growth factors and biomaterials (scaffolds). In such conditions mesenchymal stem cells can proliferate, differentiate into chondrocytes and the defect remodelled with hyaline cartilage. During the past years many in vitro and in vivo preclinical investigations were performed dealing with the above mentioned new method. The aim of the present article is a survey of the newest results. Knowing the results of these investigations stem cell based treatment in orthopaedics shows a promising future. Key words:

Cartilage diseases – Physiopathology; Cartilage, articular – Physiopathology; Chondrocytes – Transplantation; Chondrogenesis; Mesenchymal stem cell transplantation; Transplantation, autologous;

Magyar Traumatológia • Ortopédia • Kézsebészet • Plasztikai Sebészet • 2012. 55. 3.

149

BEVEZETÉS Az ortopédia és traumatológia területén folytatott alapkutatásokban új horizontot jelent a sejtszignálok átvitelének a tanulmányozása, megismerése („signal transduction pathways”). A kutatás ezen új vonalán az a cél, hogy vázolni lehessen alapvető sejtes mechanizmusokat és kifejleszteni új terápiás eljárásokat. Az embrionális őssejtek terápiás célra való felhasználásának törvényes és etikai tiltó vonatkozásai vannak. A felnőttkori mesenchymalis őssejtek ilyen célú felhasználásának ugyanakkor nincs akadálya. Ezen utóbbi sejtek is pluripotensek, s osteoblastokká, chondroblastokká, adipocytákká tudnak differenciálódni, s megfelelő sejtkultúrában kezelve felhasználhatók különböző szövetek, elsősorban sérült porc és csontszövet pótlására. Főleg a csontvelőből származó mesenchymalis őssejtek használata került előtérbe, de ilyen sejtek találhatók még a periosteumban, adiposus szövetekben, vázizomzatban, vérben, köldökzsinórban, synovialis folyadékban is. A 2005-ben, 2009-ben és 2012-ben megjelent közleményeinkben (37–41) már részletesen ismertettük azon jelentősebb kísérletes adatokat és klinikai vonatkozásokat, amelyek a világirodalomban a szövetpótlás területén megjelentek. A téma időszerűségét bizonyítja, hogy az azóta eltelt néhány évben változatlanul számos közlemény jelent meg, amelyek az újabb vizsgálatok eredményeiről számolnak be. Jelen munkánkban a mesenchymalis őssejtekkel történő porcpótlással kapcsolatos kutatás legújabb eredményeit tekintjük át. Célunk az, hogy megismertesse az olvasót, elsősorban az ízületi porc sérüléseinek ellátásával foglalkozó ortopédeket, traumatológusokat azokról az új kutatásokról, amelyek eredményeit felhasználhatják majd a gyógyító munkájukban. A hazai irodalomban a közelmúltban Dudics és munkatársai (12) foglalkoztak az ízületi porc szerkezetével. Megjegyezték, hogy az ízületi porc a kollagén, a proteoglikán tartalom valamint a mátrix molekulák alapján zónákra osztható. A különböző zónákban más a sejtek alakja és sűrűsége. A fizikai tulajdonságokat az extracellularis mátrix makromolekulák strukturálódása határozza meg.

150

A porcszövet, mint ismert nem rendelkezik vérerekkel, a mátrix felől alacsony a sejtmobilitás, így a sérülést követően előnytelen a regenerációs készsége, s gyakran alakul ki rostos porcszövet. Hollander és munkatársai (20) különösen részletesen foglalkoztak ezzel a problémával. E szerint az ízületi porc egy egyszerű szerkezetű szövet, nemcsak azért mert egy sejttípus van benne, hanem mert az extracellularis mátrix több alkotóelemből áll: vízből, II-es típusú kollagénből és aggrekánból. Az utóbbi összetett anyag, amely többek közt glukozaminszulfátot, chondroitinszulfátot, keratinszulfátot tartalmaz. Ezek biztosítják a porc mechanikai sajátosságait. Terhelés nélkül a víztartalom körülbelül 70%-os. Megterheléskor a víz kifolyik, majd csökkent terheléskor visszafolyik. A II-es típusú kollagén és aggrekán károsodása a porc funkciójának a romlásához vezet. Ha a sérült porc regenerálódik, a kollagén és proteoglikán közti egyensúly helyreáll és az újonnan implantált porc túlélhet. Az ízületi porc fontos szerkezeti eleme a hyalinporc. Ezt egy calcifikált porcréteg választja el a subchondralis csonttól. A porcpótlás lényeges eleme, hogy rekonstruálja a fenti rétegeket, ugyanekkor az implantátumnak integrálódnia kell a környező befogadó szövetekbe, hogy a jó funkció helyreálljon. A lamina splendidnek nevezett ízületi felszíni rétegben a kollagénrostok a felszínnel párhuzamosan futnak le, s ez a felszíni zóna kulcsszerepet játszik a terhelés során kialakuló mechanikai válasz fenntartásában. Ebből az következik, ha a beültetett porc-implantátum nem rendelkezik ilyen réteggel, zavart lesz a funkciója. A sérült porc, a porchiány pótlása tehát nem könnyű feladat. Az elmúlt évtizedek során több porcképző eljárás vált ismertté (debridment, Priedie-féle felfúrás, abráziós arthroplastica, periosteum, perichondrium átültetés, chondrocyta traszplantáció, microfractura technika), de ezek nem jártak általában megfelelő eredménnyel. A Hangody (18) által alkalmazott mozaikplasztika, melynek során a szerző a femur condylus kevésbé terhelő felszínéről a terhelési felszínen történt porcpusztulás helyére átültetett osteochondralis graftokkal pótolta a hiányt, már jobb eredménnyel járt, s így úgynevezett kompozit porc keletkezett. Olyan eljárást célszerű tehát keresni, ahol


Mesenchymalis őssejtek felhasználása sérült porc pótlására

az átültetést követően az eredeti szerkezethez hasonló hyalinporcot lehet kialakítani. A transzplantátumnak integrálódnia kell a környező befogadó szövetbe, s jó funkciót kell biztosítania. Az érett ízületi porcnak csak nagyon alacsony önmagát reparáló képessége van, amely főként a vérellátás és beidegzés hiányának tulajdonítható. Egy másik gátló faktor a chondrocyták alacsony mitotikus képessége. A kis defektusok gyógyulhatnak, de a nagyok előnytelenebb rostos porcszövettel „gyógyulnak”.

A CHONDROGENESIS INDUKCIÓJA A MESENCHYMALIS ŐSSEJTEKBEN A porcsérülések gyógyításában a korábbi és jelenleg is intenzíven folytatott kutatások szerint a mesenchymalis őssejtek lehetnek az ideális sejtek. A sikeres szövetpótlás eléréséhez tehát szükséges e sejtek molekuláris jellemvonásainak megismerése, a chondrogen differenciálódás tanulmányozása. A mesenchymalis őssejtek kitűnő regeneratív potenciállal rendelkeznek. A csontvelő kétféle sejttípust tartalmaz, a haemopoetikus sejteket a „vérvonal” számára és a mesenchymalis őssejteket. Az úgynevezett primitív mesenchymalis őssejtek különböző stádiumokon átlépve (1. ábra) a pluripotens progenitor sejtekbe mennek át, majd a chondroblastok a determinált progenitor sejtek produktumaként jelennek meg a megfelelő tenyésztés során (41, 47). A chondrogenesis indukciója több faktortól függ. A mesenchymalis őssejtek specifikus kultúrkörülmények közt indukálódhatnak chondrocytává. A kultúrmédium dexamethasont, ascorbinat–2 foszfátot, inzulint tartalmaz, vagy az úgynevezett pellet micromass használatos kémiailag definiált szérum mentes médiumban. A sejtkultúrák

Primitív

Aktív

növekedési faktorral vannak szupplementálva. A fenti körülmények közt a mesenchymalis őssejtek 2–3 héten belül chondrogen differenciálódásba mennek át. Bőséges extracellularis mátrix (ECM) termelődik, amely olyan porcra specifikus anyagokat tartalmaz, mint a II-es típusú kollagén és a komplex szerkezetű aggrekán. A chondrogen differenciálódás quantitatív felmérése hisztológiával, immunhisztokémiával lehetséges. Az ilyen értékelés igen informatív, de vannak olyan pontos módszerek is, mint az aggregátum DNS teszt mérése, az ECM kiterjedése a GAG tartalom mérésével (43). A növekedési faktorok (growth factors) proteinek, polipeptidek, s jeladó ágensként növelik az olyan sejtfunkciókat, mint sejtosztódás, differenciálódás, proliferáció, mátrix szintézis, s mint ilyenek fontos szerepet játszanak a chondrogenesisben is. A mesenchymalis őssejt, mint target sejt receptorához kapcsolódó speciális növekedési faktor egy intracellularis szignál-transzdukciós rendszert indukál, amely végül a sejtmagba érve biológiai választ vált ki. A receptoroknak extra- és intracellularis „domain”-jük van, s aktiválják a transzdukciós rendszert, amely magában foglalja a transzkripciós faktort, egy intracellularis proteint, amely az említett „signal pathway” részeként aktiválódik, majd a sejtmagban a DNS-hez kapcsolódik és gének expresszióját váltja ki, ami a porc és csontszintézisében szereplő makromolekulák szintézisét eredményezi. Így a mesenchymalis őssejtből chondroblast, majd chondrocyta alakul ki. A gének expressziójában, regulálásában más intracellularis proteinek, (SMAD-ok) is részt vesznek. A „Wnt pathway” egy ugyancsak intenzíven tanulmányozott biokémiai folyamat. A Wnt–beta catenin szignálok is fontos szerepet játszanak a növekedési faktor által indukált porcképződésben (38, 41).

Progenitor

Chondroblast

Chondrocyta

pluripotens, determinált

Porcképződés 1. ábra A mesenchymalis őssejtek differenciálódásának stádiumai a porc kialakulása során


151

A chondrogenesis során a regeneráció minőségének javítása céljából tehát a felnőttkori mesenchymalis őssejtek felhasználása jelentős lehet. E sejtek chondrogén irányú differenciálódása olyan porcspecifikus molekulák expresszióját indukálja, mint a II-es típusú kollagén és aggrekán. A folyamat kombinálódik bizonyos növekedési faktorok által kiváltott olyan szignálokkal, amelyek regulálják a chondrogenesist. A fibroblast growth factor–2 (FGF–2), a transforming growth factor beta (TGFβ) család tagjai (TGFβ–1, TGFβ–3), a platelet derived growth factor (PDGF), a bone morphogenetic proteinek (BMP-s), (BMP–2, –4, –6, –7, –9) stimulálják az eddigi ismeretek szerint a mesenchymalis őssejtek proliferációját. A speciális sejtkultúrában sokasodott, növekedési faktorral szupplementált mesenchymalis őssejteknek a porchiányba való szállítása vázszerkezetű vivő anyagokkal (carriers, scaffolds) történhet. Ezek szövetbarátok, idővel lebomlanak a befogadó környezetben. A scaffoldok természetes vagy szintetikus anyagokból készülnek. Fontos kívánalom, hogy a szállított sejtek a vázon megtapadjanak, majd a befogató környezetbe jól integrálódjanak. A mesenchymalis őssejtek porcképző folyamatában a kísérletes vizsgálatok során főleg kollagént, hyaluronsavat, porózus anyagokat, silket, alginátot, polymereket használtak vivőanyagként.

A NÖVEKEDÉSI FAKTOROK ÉS VIVŐANYAGOK (SCAFFOLDS) SZEREPE A CHONDROGENESISBEN A növekedési faktoroknak fontos szerepük van a mesenchymalis őssejtek differenciálódásában, s ez napjainkban is igen intenzíven kutatott terület. Jelen munkánkban a legújabb vizsgálatok eredményeit tekintjük át. Egyes kutatók azt találták, hogy az FGF–2-vel szupplementált kultúrmédium növeli, gyorsítja a mesenchymalis őssejtek differenciálódását, s így a porcképződés folyamatát (17, 44). A TGFβ család („superfamily”) különösen fontos szerepet játszik a porcszintézisben (13). A TGFβ–1 kulcsszerepet játszik a mesenchymalis őssejtek chondrogen differenciációjában (11, 55). Ez a multifunkcionális molekula igen

152

fontos funkcióval rendelkezik amellett, hogy gátolja a gyulladásos és immunreakciókat, PLA vázzal együtt alkalmazva növeli a porchiányok reparációját (16). A dexamethasont tartalmazó kultúrában a TGFβ–1 igen előnyös feltételeket biztosít a chondrogen fenotípus kialakulásához. Más kutatók azt demonstrálták, hogy a II-es típusú kollagén egymaga indukciós potenciállal rendelkezik a mesenchymalis őssejtekkel indukált és fenntartott chondrogenesisben, a TGFβ–1 pedig növeli a differenciálódást (5). Egyes adatok szerint szignifikáns sejtproliferáció volt megfigyelhető in vitro vizsgálatban a TGFβ–1 által aktivált PLLA scaffoldon. A szerzők azt találták, hogy TGFβ–1 jelenlétében porcszövet fejlődött ki (21). A TGFβ–3 még gyorsabban indukál és választ ki chondrogen markereket (47). Egyes adatok szerint a TGFβ–3 és hyaluronsav alkalmazása megnövekedett chondrogen markerek expresszióját okozza, s így chondrogen differenciáció mutatkozik (4, 7). Mások a TGFβ–3 és micromass együttes alkalmazásával igazolták a mesenchymalis őssejtek fokozott differenciálódását és proliferációját (24). A növekedési faktor-kombinációkat használó szerzők közül Roziere és munkatársai (35) a TGFβ–3 és BMP–2 együttes alkalmazását tartják előnyösnek a chondrocyta fenotípus kialakításában. Az elmúlt években kiderült, hogy a bone morphogenetic protein (BMP) genetikai szekvenciájának ismeretében több izoform alkalmazására kerülhetett sor mesenchymalis őssejt kultúrák szupplementálására. Shen (42) szerint a BMP–2 növeli a TGFβ–1 által mediált chondrogen differenciáciálódást az emberi csontvelőből származó mesenchymalis őssejtekben alginát kultúrában. Ugyancsak közlésre került, hogy a BMP–2 hyaluronsav scaffoldon chondrogen proliferációt indukál (54). Más kísérletekben a kutatók BMP–2 t BMP–6-tal kombinálva használták micromass kultúrában (25), ismét mások a BMP–2-t és BMP–9-et alginát- hydrogéllel alkalmazva figyelték meg a mesenchymalis őssejtek fokozott chondrocyta irányú differenciálódását (23). Egy másik isoform, a BMP–4 jelenlétében magasabb porc marker expresszió mutatkozott a chondrogenesis során (19) Ezt megerősítik Miljkovic és munkatársai (29) vizsgálatai is, akik szerint a BMP–4 fontos stimulálója



NÖVEKEDÉSI FAKTOR

A PORCKÉPZÉS FOLYAMATÁBAN BETÖLTÖTT FUNKCIÓ

RÖVIDÍTÉS

Fibroblast growth factor–2

FGF–2

Fokozza a mesenchymalis őssejtek differenciálódását.

Platelet derived growth factor

PDGF

Fokozza a chondrogen differenciálódást.

Transforming growth factor β–1

TGFβ–1

Növeli a mesenchymalis őssejtek differenciálódását, proliferációját.

Transforming growth factor β–3

TGFβ–3

Növeli a mesenchymalis őssejtek differenciálódását, proliferációját. Fokozza a chondrogen markerek kiválasztását is.

Bone Morphogenetic Protein–2 Bone Morphogenetic Protein–4 Bone Morphogenetic Protein–6 Bone Morphogenetic Protein–7 Bone Morphogenetic Protein–9

BMP–2 BMP–4 BMP–6 BMP–7 BMP–9

Gyorsítják a mesenchymalis őssejtek differenciálódását, proliferációját, fokozzák a chondrogenesist.

I. táblázat A chondrogen differenciálódást meghatározó növekedési faktorok

a chondrogenesisnek, adásával nő a porcdefektus gyógyulása. A BMP–7-tel végzett szupplementáció ugyancsak segíti a porcképződést (3). Yoon és munkatársai (54) ígéretes chondrogen differenciálódást észleltek a PDGF-el és BMP–2-vel szupplementált sejtkultúrában. Bhardwai és Kundu (6) chondrogen differenciációt figyelt meg silk fibroin/chitosan scaffoldon. Három hét után glycosaminoglycanok és kollagén halmozódtak fel a vivő-vázon (I–II. táblázatok).

MEGBESZÉLÉS A fentiek ismeretében nyilvánvalóvá vált, hogy az orvosbiológiai kutatásban az elmúlt években, rohamos fejlődés történt ezen a területen. A biotechnológia, géntechnológia, genetika, molekulárbiológia, bioanalitika, biokémia, a tissue engineering mind fontos részei a biotudományoknak. A már néhány évtizede ismert mesenchymalis őssejtek „újrafelfedezése” forradalmasította a regenerációs medicinát. A számos említett kísérletes vizsgálat tanulsága szerint a sejtkultúrában tenyésztett, sokasított mesenchymalis őssejtek bioaktív

Hyaluronsav Alginát Silk polymerek (PLA, PLLA) kollagén hydrogél II. táblázat Vivőanyagok

molekulák, növekedési faktorokkal kombinálva differenciálódni, proliferálni képesek, s új porcszövetet képesek kialakítani. E sejtek valójában még nem determináltak, illetve addig maradnak ilyen állapotban, amíg olyan szignálokat nem kapnak, amelyek hatására specializált sejtekké alakulnak. Ilyen tulajdonságuk teszik ezeket a sejteket különösen vonzóvá, keresetté a medicinában. Az új szövet kialakítása tehát élő sejtek átültetésével történik, mindez azonban nem csak szövettenyésztési, sejt- és molekulárbiológiai feladatokat jelent, hanem az említett biomechanikai, biokémiai ismeretekkel is ötvözni kell a működőképes


153

szövet kialakítása érdekében. A háromdimenziós vázstruktúrákkal (scaffoldokkal) lehet biztosítani a sejtmobilizációt, az extracellularis mátrix kialakulását (12). Richter (34) szerint a mesenchymalis őssejtek a porcpótlás során a chondrocyta transzplantációval szemben az alábbi előnyökkel rendelkeznek: 1. kitűnő növekedési, szaporodási képesség, 2. előnyös regenerációs kapacitás, 3. könnyű izolálás csontvelőből, adipózus szövetből, synoviából. Az újabb vizsgálatok arra utalnak, hogy a mesenchymalis őssejtek immunitást fokozó és szupprimáló képességgel is rendelkeznek, bár az immun-moduláló mechanizmusuk még nem teljesen ismert. E sejtek a porcsérülés során a károsodott szövetekbe mobilizálódnak. A szövetsérülés, mint ismert inflammációs faktorok társulásával jár, s ez a körülmény adaptív immunválaszt vált ki amellett, hogy a mesenchymalis őssejtek képesek chondroblastokká, osteoblastokká, adipoblastokká differenciálódni, s olyan bioaktív molekulákat tudnak kiválasztani, amelyek stimulálják a sérült szövetek gyógyulását és gátolják a gyulladást. Modulálják tehát az immunsejtek működését, s megakadályozzák az immunválaszt. A fentiek szerint a mesenchymalis őssejtek amellett, hogy különböző leszármazási sejtekbe képesek differenciálódni, olyan egyedülálló képességgel is rendelkeznek, mint az immunmodulációs aktivitás (24, 45, 51, 52). A klinikai alkalmazás megkezdése előtt további tanulmányok szükségesek. Tisztázni kell az eddig nem teljesen jól ismert sejtes és molekuláris jellegzetességeket az optimális identifikáció, izoláció és expanzió szempontjából, továbbá a biokémiai, biomechanikai ismereteket. A mikrokörnyezet fontosságáról sem szabad elfelejtkezni. A környezet kritikus szerepet játszik az átültetett mesenchymalis őssejtek túlélésében. Vizsgálni kell a befogadó környező szövetek szerepét, amely fenntartja a mesenchymalis őssejtek differenciálódását, támogatja e sejtek megújulását. A különböző stimulusok, a sejtsűrűség, a sejt–sejt interakciók mind hozzájárulnak a differenciálódás végső produktumához. Az optimális környezeti kondíciók elősegítik a chondrogen

154

differenciálódást. Évek óta ismert, hogy a biokémiai környezet kormányozza a csontvelőből származó mesenchymalis őssejtek differenciálódását, de újabb vélemények szerint a biomechanikai környezet is irányítja a sejtfunkciókat. Kimutatták, hogy a mechanikai terhelés befolyásolni tudja a mesenchymalis őssejtek proliferációját, s növeli e sejtek chondrogen fenotípusának a kialakulását (31, 47). Tisztázásra vár még az átültetett, kialakult porcszövet stabilitásának, tartósságának a kérdése is. A mesenchymalis őssejtek chondrogen potenciálja kísérletes vizsgálatokban már széles körben tanulmányozott és az eredmények igen biztatóak. A kulcskérdés mégis az marad, hogy csak átmenetileg vagy tartósan lesz stabil a kialakult porc a továbbiakban (1)? Az eljárásnak veszélye lehet a sejtek határtalan növekedése vagy egy szükségtelen differenciálódás, a vivőanyagra való érzékenység. Az előnyös terápiás hatás mellett ellentétes hatás is kialakulhat, így a malignus elfajulásban való direkt vagy indirekt részvétel. Szükséges tehát a sejtek kezelésének szigorú kontrollja a malignus átalakulás rizikójának minimalizálásához (53). Az állatkísérletekben szerzett számos tapasztalat mellett ugyanakkor még csak kevés klinikai alkalmazásról számoltak be. Wakitani és munkatársai (48–50) előbb két esetben pótolták a patella ízületi felszínén levő defektust mesenchymalis őssejt transzplantációval, s szignifikáns javulást észleltek, majd három másik betegnél 9 térdízületi porcdefektus ellátására alkalmazták a módszert sikeresen, akiknél 6 hónap után lényegesen javultak a klinikai tünetek. A legújabb közleményükben már 41 beteg 45 ízületében alkalmazott mesenchymalis őssejt transzplantáció után 11 évvel írják le tapasztalataikat. Az autológ csontvelőből származó mesenchymalis őssejtek transzplantációját követően nem észleltek immunreakciót, fertőzést sem tumoros elfajulást. Az eljárást jónak találták, és széles körben ajánlják. Ezen biztató klinikai eredmények ellenére ma a kutatóknak az a véleménye, hogy a rutinszerű klinikai alkalmazás a közeljövőben várhatóan még limitált számban kerülhet sorra. A biológiai folyamat teljes megértését, tisztázását követően azonban ez minden bizonnyal megtörténik. Ugyanekkor megjegyzendő, hogy a mesenchymalis őssejtekkel, növekedési faktorokkal, főleg rekombináns géntechnikával



előállított BMP-k alkalmazásával, vivőanyagokkal, már több sikeres csontpótlásról számoltak be. Remélhetően a porcpótlás területén is alkalmazható lesz rövidesen ez a technika. A fent részletezett legújabb vizsgálati leletek azt igazolják, hogy az érdeklődés nagyon megnőtt a mesenchymalis őssejtek terápiás felhasználásáról. A kutatásoknak nemcsak tudományos szempontból van jelentőségük, hanem a jövőbeli emberen történő felhasználásuk miatt is. A mesenchymalis őssejt kultúrák növekedési faktorokkal kezelve és vivőanyagokkal ellátva kísérletes körülmények közt jó

eredményűek a porchiányok pótlásában, s így remény van a közeljövőben a szélesebb körű klinikai felhasználásra is. Az eljárás nagy előnye az is, hogy a sejteket nem az ízületi felszínről kell gyűjteni, hanem több donorszövet áll rendelkezésre, elsősorban a csontvelő, de emellett az adipózus szövetek és a synovium is (10). A kutatások előrehaladásával, a technika további javításával remény van arra is, hogy szövetbankot létesítsenek a mesenchymalis őssejtek tárolására a klinikai használat során (14, 47).

IRODALOM 1. Augello A., Kurth T. B., De Bari C.: Mesenchymal stem cells: a perspective from in vitro cultures to in vivo migration and niches. Eur. Cells Mat. 2010. 20: 121-133. 2. Abumarew M., Al Jumach M., Pace R. A., Kalionis B.: Immunosuppressive properties of mesenchymal stem cells. Stem Cell Rev. 2012. 8. (2): 375-392. 3. Bai X., Zhao C., Duan H., Qu F.: BMP7 induces the differentiation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells into chondrocytes. Med Biol Eng Comput. 2011. 49. (6): 687-692. 4. Bhang S. H., Jeon J., La W. G., Seong J. Y., Kwang J. W., Ryu S. E., Kim B. S.: Enhanced chondrogenic marker expression of human mesenchymal stem cells by interaction with both TGF beta-3 and hyaluronic acid. Biotechnol. Appl. Biochem. 2011. 58: 271-276. 5. Bosnakovsky D., Mizuno M., Kim G., Okumeta M., Fujinaga T.: Chondrogenic differentation of bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) in different hydrogels: influence of collagen type II extracellular matrix on MSC chondrogenesis. Biotechnol. Bioeng. 2006. 20: 1152-1163. 6. Bradwai M., Kundu S. C.: Chondrogenic differentiation of rat MSCs on porous scaffolds of silk fibroin. Biomaterials, 2012. 10: 2848-2857. 7. Bian L., Tous E., Rai R., Mauck R. L., Burdick J. A.: Enhanced MSC chondrogenesis following delivery of TGF beta-3 from alginate microspheres within hyaluronic acid hydrogeles in vitro and in vivo. Biomaterials, 2011. 32: 6425-6434. 8. Chen B. Y., Wang X., Luo Z. J.: Molecular targeting regulation of proliferation and differentiation of the bone marrow-derived mesenchymal stromal cells. Curr. Drug Targets, 2012. 13. (4): 561-571. 9. Danisovic L., Varga I., Polák S.: Growth factors and chondrogenetic differentiation of mesenchymal stem cells. Tissue Cell, 2012. 44. (2): 69-73. 10. Dhinsa B. S., Adesida A. B.: Current clinical therapies for cartilage repair, their limitation and the role of stem cells. Curr. Stem Cell Res. Ther. 2012. 7. (2): 143-148. 11. Diao H., Shen C., Xia S., Guo T., Dong L., Zhang C., Chen J., Zhao J., Zhang J.: Improved cartilage regeneration utilising mesenchymal stem cells in TGF beta-1 gene activated scaffolds. Tissue Eng Part A . 2009. 15: 2687-2698. 12. Dudics V., Kunstár A., Géher P., Gömör B., Hangody L., Uher F.: A mesenchymalis őssejtek felhasználásának lehetőségei a porckárosodással járó mozgásszervi betegségek kezelésében. Orvosi Hetilap, 2005. 146: 1201-1208. 13. Freyria A. M., Mallein-Gerin F.: Chondrocytes or adult stem cells for cartilage repair: The indisputable role of grow factors. Injury, 2012. 43. (3): 259-265. 14. Gong W., Han Z., Zhao H., Wang Y., Wang J., Zhong J., Whang B., Wang S., Wang Y., Sun L., Han Z.: Banking human umbilical cord derived stromal cells for clinical use. Cell Transplant. 2012. 21. (1): 207-216. 15. Grande D. A., Mason J., Light E., Dines D.: Stem cells as plattforms for delivery of genes to enhance cartilage repair. J. Bone Joint Surg. Am. 2003. 85-A. Suppl. 2: 111-116. 16. Guo X., Zheng Q., Yang S., Shao Z., Ynan Q., Pan Z., Tang S., Lin K., Quan D.: Repair of full thickness articular cartilage defects by cultured mesenchymal stem cells transfected with the transforming growth factor B 1 gene. Biomed. Mater. 2006. 1: 206-215. 17. Handorf A. M., Li W. J.: Fibroblast growth factor-2 primes human mesenchymal stem cells enhanced chondrogenesis. PloS One, 2011. 6. (7): e22887. 18. Hangody L., Füles P.: Autologous osteochondral mosaicplasty for the treatment of full thickness defects of weight bearing joints. J. Bone Joint Surg. Am. 2003. 85-A. Suppl. 2: 25-32. 19. Hatakayema Y. Nguyen J., Wang X., Nuckolis G. H., Shum L.: Smad signaling in mesenchymal and chondroprogenitor cells. J.Bone Joint Surg. Am. 2003. 85-A: 13-18.


155

20. Hollander A. P., Dickinson S. C., Kafienah W.: Stem cells and cartilage development: of a simple tissue. Stem Cells, 2010. 28: 1992-1996. 21. Hu J., Fenny K., Liu X., Ma P. X.: Chondrogenetic and osteogenetic differentiations of human bone marrow derived mesenchymal stem cells on a nanofibrous scaffold with designed pore network. Biomaterials, 2009. 30: 5061-5067. 22. Kanikar M., Tailor H .D., Khan W. S.: The use of growth factors and mesenchymal stem cells in orthopaedics. Open Orthop. J. 2011. 5. Suppl 2: 271-275. 23. Majundar M. K., Wang E., Morris E. A.: BMP-2 and BMP-9 promotes chondrogenic differentiation of human multipotential mesenchymal cells and overcomes. The inhibitory effect of Il-1. Cell Phisiol. 2001. 189: 275-284. 24. Mara C. S., Sartoli A. R., Duarte A. S., Andrade A. L., Pedro M. A., Coimbra I. B.: Periosteum as a source of mesenchymal stem cells. The affects of TGF-beta-3 on chondrogenesis. Clinics (Sao Paolo), 2011. 66: 487-49762. 25. Mara C. S., Duarte A. S., Sartori-Cintra A. R., Luzo A. C., Saad S. T., Coimbra I. B.: Chondrogenesis from umbilical cord blood cells stimulated with BMP-2 and BMP-6. Rheumatol. Int. 2012. Jan 12. [Epub ahead of print] PMID 22238025. 26. Melhorn A. T., Niemeyer P., Kaiser S., Finkenzeller G., Stark G. B., Südkamp N. P., Schmal H.: Differential expression pattern of extracellular matrix molecules during chondrogenesis of mesenchymal stem cells from bone marrow and adipose tissue. Tissue Eng. 2006. 12: 2853-2862. 27. Ménarde C., Tarte K.: Immunsuppression and mesenchymal stem cells: back to the future. Med. Sci. (Paris), 2011. 27: 269-274. 28. Mezey E.: The therapeutic potential of bone marrow derived stromal cells. J. Cell Biochem. 2011. 112: 2683-2687. 29. Miljkovic N. D., Cooper G. M., Mara K. G.: Chondrogenesis, bone morphogenetic protein-4 and mesenchymal stem cells. Osteoarthritis Cartilage, 2008. 16: 1121-1130. 30. Nöth V., Rackwitz L., Heymer A., Weber M., Bauman B., Steinert A., Schütze N. J., Jakob F., Eulert J.: Chondrogenetic differentiation of human mesenchymal stem cells in collagen I type hydrogels. J. Biomed. Mater. Res. A, 2007. 83: 625636. 31. Potier E., Noailly J., Ito K.: Directing bone marrow derived stromal cells function with a mechanics. J. Biomech. 2010. 43: 807-817. 32. Rastegar F., Shenaq D., Huang J., Zhang W., Zhang B. Q., He B. C. et al.: Mesenchymal stem cells: molecular characteristic and clinical applications. World J. Stem Cells, 2010. 2. (4): 67-80. 33. Reddi A. H.: Bone morphogenetic proteins: from basic science to clinical applications. J. Bone Joint Surg. Am. 2001. 83-A. Suppl. 1: St1-St5. 34. Richter W.: Stammzellen in der Knorpelforschung. Akt. Traumatol. 2005. 35: 249-254. 35. Roziere M. C., Porrier E., Mallein-Gerin F., Freya A. N.: Chondrogenic potential of bone marrow and adipose tissue derived adult human mesenchymal stem cells. Bio. Med. Mater. Eng. 2010. 1: 145-158. 36. Sakija I., Colter D. C., Prockop D. J.: BMP-6 enhances chondrogenesis in a subpopulation of human marrow stromal cells. Biochem. Biophys. Res. Comm. 2001. 284: 411. 37. Salamon A.: Szövetpótlás biológiai és biomateriális tudományok alkalmazásával. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet, 2005. 48: 334-345. 38. Salamon A., Toldy E.: The role of adult bone marrow derived mesenchymal stem cells, growth factors and carriers in the treatment of cartilage and bone defects. J. Stem Cells, 2009. 4. (1): 71-80. 39. Salamon A., Toldy E.: Adult bone marrow derived mesenchymal stem cells as stem cells for tissue repair. Clin. Exp. Med. J. 2009. 3: 369-379. 40. Salamon A., Toldy E.: Felnőttkori csontvelőből származó mesenchymalis őssejtek felhasználása szövetpótlásra. Orvosi Hetilap, 2009. 150: 1259-1265. 41. Salamon A., Toldy E.: The role of adult bone marrow derived mesenchymal stem cells, growth factors and scaffolds in the repair of cartilage and bone. In: Srivastava R. K., Shankar S. (Eds.): Stem cells and human diseases. Heidelberg Springer. 2012. 307-322. p. 42. Shen B., Wei A., Diwon A. D., Ma D. D.: BMP-2 enhances bone marrow multipotent mesenchymal stromal cells in alginate bead culture. Tissue Eng. Part A. 2009. 15. 1311-1320. 43. Solchaga L. A., Penick K. J., Welter F.: Chondrogenic differentiation of bone marrow derived mesenchymal stem cells: tips and tricks. Meth. Mol. Biol. 2011. 698: 253-278. 44. Solchaga L. A., Penick K., Goldberg V. M., Caplan A. I., Walter J. F.: Fibroblast growth factor -2 enhances proliferation and delays loss of chondrogenic potential in human adult bone marrow derived mesenchymal stem cells. Tissue Eng. Part A. 2010. 16: 109-1019. 45. Sotiropoulou P. A., Perez S. A., Papamichail M.: Clinical grade expansion of human bone marrow mesenchymal stem cells. Methods Mol. Biol. 2007. 407: 245-263. 46. Steinert A. F., Palmer G. D., Pilapil C., Nöth U., Evans C. H., Ghivizzani S. C.: Enhanced in vitro chondrogenesis of primary mesenchymal stem cells by combined gene transfer. Tissue Eng. Part A. 2009. 15: 1127-1139. 47. Tuan R. S., Boiland G., Tuli R.: Adult mesenchymal stem cells and cell based tissue engineering. Arthr. Res. Ther. 2002. 5: 32-45. 48. Wakitani S., Mitsuoka T., Nakamura N., Toritsuka Y., Nakamura Y., Horibe S.: Autologous bone marrow stromal cell transplantation for repair of full thickness articular cartilage defects in human patellae: two case reports. Cell Transplant. 2004. 13: 595-600.

156



49. Wakitani S., Nawata M., Tensho K., Okabe T., Machida H., Ohgushi H.: Repair of articular cartilage defects in the patellofemoral joint with autologous bone marrow mesenchymal cell transplantation: three case reports involving nine defects in five knees. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2007. 1: 74-79. 50. Wakitani S., Okabe T., Horibe S., Mitsuoka T., Saito M., Koyama T., Nawat M., Tensho K., Kato H., Uematsu K., Kuroda R., Kurosaka M., Yoshiya S., Hattori K., Ohgushi H.: Savety of autologous bone marrow derived mesenchymal stem cell transplantation for cartilage repair in 41 patients with 45 joints followed for up to 11 years and 5 months. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2011. 5: 146-150. 51. Wang L., Wu M., Liu Y.: Are mesenchymal stem cells major sources of safe signals in immune system? Cell Immunol. 2012. 272: 112-116. 52. Wang S., Gu X., Zhao R.: Mesenchymal stem cells hold promise for regenerative medicine. Front. Med. 2011. 5: 372-378. 53. Wong R. S.: Mesenchymal stem cells: angels or demons. Biomed. Biotechnol. Epub. 2011. Jul. 24. 54. Yoon I. S., Chung C. W., Sung J. H., Cho H. J., Kim J. S., Shim C. K., Chung S. J., Kim D. D.: Proliferation and chondrogenic differentiation of human adipose-derived mesenchymal stem cells in porous hyaluronic acid scaffold. J. Biosci. Bioeng. 2011. 112: 402-408. 55. Zhao L., Hantash B. M.: TGF beta -1 regulates differentiation of mesenchymal stem cells. Vietnam Horm. 2011. 87: 127141.

Prof. Dr. Salamon Antal 9700 Szombathely, Király u. 11. II/10. E-mail: [email protected]


157

Mesenchymalis őssejtek felhasználása sérült porc pótlására

Recommend Documents