Regenerace růstové ploténky resorbovatelným biopolymerním kompozitem s kmenovými buňkami a chondrocyty

Regeneration of growth plate using resorbable polymer composites

abstract

Czech

Poúrazový defekt růstové ploténky dětského skeletu může vést ke vzniku kostního můstku, který je příčinou defektního růstu kosti. Podle umístění a velikosti kostního můstku dochází k omezení růstu kosti do délky nebo k tvarovým deformitám příslušné části kosti ve smyslu úhlové deviace. Náročná a dlouhodobá invazivní léčba nabádá k hledání nových možností léčby důsledků kostního můstku. Na základě zkušeností našeho týmu s léčbou defektů kostí i chrupavek u miniaturních prasat novými biopolymerními kompozity osazenými kmenovými buňkami byla navržena miniinvazivní metoda cílené náhrady defektu tkáně růstové ploténky . Pro tuto studii byl vybrán námi osvědčený trojrozměrný nosič se samonosnou konstrukcí kolagenových vláken umožňující jak hydrodynamické osazení mezenchymálními kmenovými buňkami i chondrocyty, tak i dobrou manipulovatelnost. Na základě fyzikálně-chemických testů a in-vitro testů biologické aktivity byl ze skupiny kolagenových implantátů modifikovaných různými aditivy (nanočásticemi, mikro- a nanovlákny, rozpustným biopolymerem i syntetickým kopolymerem) vybrán kolagenový kompozit s chitosanovými vlákny. Kompozitní nosič vykazoval jak požadované biologické chování (adhezi a proliferaci buněk) a stabilitu v simulovaném tělním prostředí, tak i biomechanickou odezvu a chování v místě plánované implantace. Morfologie vzorků byla sledována pomocí rastrovacího mikroskopu a potvrdila 3D strukturu propojených otevřených pórů o velikosti kolem 150 mikronů s celkovou porozitou kolem 60 %. Dále byl naměřen vysoký stupeň botnání, kdy nosič naabsorboval až 95 hm.% vody. Hydrolytická degradace tohoto nosiče ve fosfátovém pufru při 37 st.C byla po 35 dnech cca 85 – 90 % s poločasem rozpadu 8 dní. V dalším kroku byl vybraný porézní kolagenový 3D nosič osazen metodou tkáňového inženýrství alogenními mezenchymálními kmenovými buňkami i chondrocyty a použit k regeneraci růstové ploténky miniaturního prasete. Biokompozit s buňkami byl transplantován do defektu distální epifýzy vzniklého po resekci kostního můstku, aby indukoval tvorbu nové chrupavčité tkáně, během níž se postupně rozpadne na netoxické produkty. Uvedená preklinická studie potvrdila zamezení vzniku poruchy růstu a úhlové deformity distální epifýzy stehenní kosti. Ve srovnání s kontrolní skupinou vznikla častěji tkáň podobná hyalinní chrupavce s naznačenou sloupcovitou formací typickou pro růstovou ploténku. Pomocí přímé fluorescence bylo prokázáno, že původ buněk obsažených v nové tkáni růstové ploténky je z transplantovaného štěpu.

Mini invasive method replacing the defect of growth plate tissue using three dimensional collagenous scaffolds seeded with both mesenchymal stem cells and chondrocytes were developed and used by our group to regenerate growth plate of mini pig. Biocomposite with seeded cells were transplanted into the distal epiphysis defect resulting from bone bridge resection. The preclinical study confirmed prevention of growth failure and angular deformity of femoral bone distal epiphysis.

růstová ploténka, biopolymer, kompozit, kmenové buňky

growth plate, biopolymer, composite, stem cells

VOJTOVÁ, L.; JANČÁŘ, J.; NEČAS, A.; PLÁNKA, L.; CRHA, M.; PROKS, P.; GÁL, P.

12. 4. 2012

Společnost pro Bioimplantologii

Brno

978-80-7392-192-7

IV. celostátní konference Bioimplantologie 2012

40

40

1