KONDROSİT İMPLANTASYONU NUN TEMELLERİ

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ ORTOPEDİ GÜNLERİ Ekim 2008 KONDROSİT İMPLANTASYONU NUN TEMELLERİ Dr. Tahsin BEYZADEOĞLU Yeditepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Ortopedi ve Travmatoloji AD

2 GÜNCEL SORUN Eklem kıkırdak yaralanmaları oldukça sık olarak görülmektedir ve mevcut tedavi yöntemlerinin uzun dönem sonuçları, yeteri kadar iyi değildir artroskopik prosedürde % 63 oranında kıkırdak lezyonu bulundu. Hastaların % 20 sinde Outerbridge Grade 4 lezyon mevcuttu. Curl WW, Krome J, Gordon ES, Rushing J, Smith BP, Poehling GG. Cartilage injuries: a review of 31,516 knee arthroscopies. Arthroscopy Aug;13(4):

3 SÜREGELEN SORUN Hipokrat tan günümüze, tüm bilim dünyasınca bilinir ki, ülsere kıkırdak büyük bir problemdir ve bir kere parçalanırsa, tamir edilemez. Hunter W. On the structure and diseases of articulating cartilage. Philos Trans R Soc Lond 1743;42b:

4 EKLEM KIKIRDAĞI Hiposellüler, Avasküler, Alenfatik, Anöral, Yağ, kas ve diğer matür dokulardaki gibi indiferansiye mezenkimal kök hücreleri içermez (zayıf tamir). Düşük sürtünme ve dayanıklı yüzey oluşturmasını sağlayan, yoğun proteoglikan ve kollajen matriks mevcut. MİNİMAL TAMİR POTANSİYELİ

5 Eklem kıkırdağının ana komponentleri Kondrositler, Kollajen, Ekstrasellüler matriks proteoglikanları, Non-kollajen proteinler Su Ana temel taş indiferansiye mezenkimal kemik iliği kök hücrelerinden gelişen KONDROSİT

6 EKLEM KIKIRDAĞININ TEMEL YAPISAL ANATOMİSİ Safranin O boyası, X5

7 YAPIM - YIKIM Kondrositler bir orkestra şefi gibi martiks sentezi ile yıkımını düzenlerler. Matriks oluşumunu etkileyen faktörler: Mekanik yük Hormonlar Lokal büyüme faktörleri Sitokinler Yaşlanma Yaralanma

8 HEDEFİMİZ TİP II Tip II: II Eklem kıkırdağının ana fibriler kollajeni (%90-95) Highly cross-linked network Tip IX: IX Proteoglikan parça içeren kısa fibrilli kollajen Tip XI: XI Ana görevi Tip II kollajen fibril kalınlığını düzenlemek

9 ANABOLİZMA KATABOLİZMA MÜKEMMEL DENGE İntegrin: İntegrin Kondrositleri matrikse bağlayan yüzey proteini Kondrositlerde sitokin ve büyüme faktörleri (Transforming Growth Faktör = TGF-β, Insulin-like Growth Faktör = IGF-I, Bone Morfojenik Proteinler = BMP-2 ve BMP-7) için de reseptörleri vardır. Matriks komponentleri dışında, matriks yıkan enzimler de salgılarlar.

10 ASLINDA UZUN ÖMÜRLÜ Normal şartlar altında, kollajen metabolizması çok yavaştır ve yarı ömrü yıllar sürer. Hastalık durumunda ileri derecede yıkım artar.. Artroz Kollajenazlar??

11 EŞSİZ BİYOMEKANİK Matriksteki negatif yük katyonları çekerek, doku osmolalitesinin artmasına neden olur. Suyun da çekilmesi ise osmolaliteyi azaltır. SONUÇ: SONUÇ Eklem kıkırdağında, tüm dokulardan daha yüksek osmotik basınç vardır. Su içeriği ve yüksek hidrostatik basınçla yüklere dirençlidir. İleri derecede entegre Tip II kollajen matriks şişmesini engeller. Osteoartritte entegrasyon bozulur, şişme başlar.

12 YARALANMA TİPİ, DERECESİ ve CEVAP Metabolik, Genetik, Vasküler, Mekanik, Travma Yaralanmanın derecesi prognozun ana belirleyeni Mikrohasar (künt travma): travma) yüzeyde gözle görülmeyen Mikrokırıklar, apopitoz, proteoglikan kaybı, kıkırdakta incelme, subkondral kalınlaşma ---- anöral ---- sıklıkla ağrısız? Kondral kırık: kırık subkondral kemiğe kadar uzanan Apopitoz, nekroz, kondrositler prolifere olsa bile defekte migre olmazlar ve defekt kenarları birleşmez ----efüzyon, ağrı, kilitlenme Osteokondral kırık: kırık Subkondral kemiği de içeren Kemikte inflamatuar cevap, hematom organizasyonu, fibrin pıhtı, fibrovasküler tamir, mezenkimal kök hücre proliferasyonu ile kondrosit diferansiasyonu, derin dokularda endokondral kemikleşme, hyalen kıkırdak matriksin dejenerasyonu ---fibrokartilajinöz matriks (Tip I>Tip II)

13 ICRS SINIFLAMASI Grade 0 - Normal Grade 1 Normale Yakın Yüzeyel: A) Yumuşama B)+ ve/veya fissürleşme Grade 3 Ciddi Anormal A) %50 den fazla derinlikte B) Kalsifiye tabakaya kadar C) Subkondral kemiğe kadar D) Kabarmış Grade 2 Anormal %50 den az derinlikte Grade 4 İleri Derecede Anormal A) Subkondral kemikten minimal kayıp B) Subkondral kemikten ciddi kayıp

14 OUTERBRIDGE SINIFLAMASI Grade 1: Eklem yüzü şişmiş, yumuşamış ve kabarmış Grade 2: Çapı 1 cm den az olan fissürler ve yarıklar mevcut Grade 3: Çapı 1 cm den büyük, subkondral kemiğe kadar uzanan derin fissürler mevcut Grade 4: Subkondral kemik açıkta

15 OARSI (Osteoarthritis research Society International) Osteoarthritis Cartilage Histopathology Assesment System Pritzker KP, Gay S, Jimenez SA, Ostergaard K, Pelletier JP, Revell PA, Salter D, van den Berg WB. Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging. Osteoarthritis Cartilage Jan;14(1):13-29.

16 Wakitani Skorlaması (Histolojik Kıkırdak Skorlama Sistemi) Hücre morfolojisi Matriks boyanması Kıkırdak yüzeyi Defekt kalınlığı İntegrasyon Patologlarımıza OARSI ve Wakitani derecelendirme sistemini öğretmeliyiz!

17 KÖK HÜCREDEN DERİVE OLAN FENOTİPLER Fibroblast Osteoblast Kondrosit Adiposit İskelet Miyoziti Kardiak Miyozit Miyofibroblast Endotel hücresi Perisit Tenosit Timik Stroma Hücresi

18

19 BİYOMÜHENDİSLİK NEDİR? Biyomühendislik = Biyomedikal Mühendisliği = Medikal Mühendisliği: Tıp, Fizyoloji ve Biyolojinin sorunlarını anlamak, tanımlamak ve çözmek için mühendislik ve fizikokimya bilimlerinin prensip ve yöntemlerini yaşam ve tıp bilimlerine uygulayan disiplinlerarası bir Anabilim Dalıdır

20 HÜCRE ve DOKU KÜLTÜRÜ NEDİR? Doku Kültürü: İnsan, hayvan ve bitkilerden alınan organ veya doku parçalarının bütünden ayrı bir şekilde, yapay hazırlanmış ortamlarda (in vitro) 24 saat ve daha uzun süreler yaşatılmasıdır. Hücre kültürü: Tek bir hücre veya hücrelerin doku ile bağıntısı olmadan in vitro çoğalmasıdır.

21 NERELERDE KULLANILIR? kanser araştırmaları (in vitro toksikoloji) sitogenetik, biyokimyasal, moleküler biyolojik çalışmalarda, çeşitli hastalıkların tanı ve araştırılmasında, doku ve deri mühendisliği aşı üretimi, kök hücreler tüp bebek ve kısırlık tedavileri farmasötik proteinlerin üretimi

22 SCAFFOLD NEDİR? a temporary or movable platform for workers (as bricklayers, painters, or miners) to stand or sit on when working at a height above the floor or ground Yapı iskelesi Hücre ve doku oluşumunu desteklemek için çatı vazifesi gören biyomateryal

23 İDEAL SCAFFOLD NASIL OLMALIDIR? 3 boyutlu kafesi boyunca hücrelerin homojen dağılımını sağlamalıdır. Biyokimyasal moleküllerin etkili difüzyonuna izin vermelidir. Belirli bir süre sonunda çözünerek yerini ev sahibi dokuya bırakmalıdır.

24 SCAFFOLD ÖNEMLİ ÇÜNKÜ Hücrenin toplanmasını, Hücrenin yapışmasını, Besinlerin hücreye difüzyonunu, Büyüme faktörlerinin alınmasını, Hücre davranışını etkiler.

25 Kemik ve Kıkırdak için Doku Mühendisliğinde Kullanılan Scaffold ve Biyomateryaller 1)Sentetik organik materyaller: Biyoçözünür ve biyoemilir: Polyglycolide, Polyactide, Polydioxanone, Polycaprolactone Halen araştırılan Polimerler: Polyorthoester, Polyanhydrides, Polyhydroxyalkanoate Entrepreneurial Polymerik biyomateryaller: Poly (lactic acid-co-lysine) 2)Sentetik inorganik materyaller: Hydroxyapatite, Calcium/phosphate composite, glass ceramic 3)Doğal kaynaklı organik materyaller: Kollajen, Fibrin, Hyaluronik Asit 4)Doğal kaynaklı inorganik materyaller: Corralline Hydroxiapatite

26 ACI Treatment of Deep Cartilage Defects in the Knee with Autologous Chondrocyte Transplantation Mats Brittberg, Anders Lindahl, Anders Nilsson, Claes Ohlsson, Olle Isaksson, and Lars Peterson The New England Journal of Medicine Volume 331: October 6, 1994 Number 14

27 ACI (Autologous Chondrocyte Implantation)

28 KONDROSİT KÜLTÜRÜ ve OTOLOG KONDROSİT İMPLANTASYONU TEDAVİ ALGORİTMASINI DEĞİŞTİRDİ

29 EKLEM KIKIRDAK LEZYONLARININ TEDAVİ ALGORİTMASI SEMPTOMATİK TAM KAT EKLEM KIKIRDAK LEZYONU LEZYON <1.5 cm² LEZYON >1.5 cm² <4 cm² LEZYON >4 cm² <8 cm² RESTORATİF: RESTORATİF: ACI Allogreft Mosaikplasti REPERATİF: Mikrokırık Mosaikplasti Mikrokırık + Periosteal Flep RESTORATİF: Single-plug OAT REPERATİF: Mikrokırık Kondroplasti LEZYON >8 cm² RESTORATİF: ACI Allogreft Allogreft ACI? REPERATİF: Mikrokırık? Mosaikplasti? REPERATİF: YOK Browne JE, Branch TP. Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions. J Am Acad Orthop Surg May-Jun;8(3):

30 TOM MINAS

31 BİZ ÇOK MEMNUNDUK! Mikrokırık Mozaikplasti

32 TAMİR ETMEK? RESTORE ETMEK? CERRAHİ ALTERNATİFLER Reperatif (tamir edici) Cerrahi Teknikler: Eklem kıkırdağının tamamen oluşmasını sağlamasa bile, değişken süreçler boyunca oldukça fonksiyonel sonuçlar elde edilebilmektedir. Restoratif (orijinal haline getirici) Cerrahi Teknikler: Eklem kıkırdağını doğal haline getirmeyi hedeflemektedir.

33 TAMİR ETMEK? RESTORE ETMEK? CERRAHİ ALTERNATİFLER Browne JE, Branch TP. Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions. J Am Acad Orthop Surg May-Jun;8(3):

34 ACI TEKNİK

35 KONDROSİT KÜLTÜRÜNÜN AŞAMALARI Artiküler kıkırdak küçük parçalara ayrılarak Tip II collagenase içinde 48 h bekletilir. Dokudan ayrılan hücreler sentrifüjlenerek toplanır. Pelet 2 defa yıkanır. Hücreler 37 C, 5% CO2 şartlar altında inkübatörde inkübe edilir. Her pasajla beraber hücre sayımı yapılır ve hücreler daha büyük hücre büyüme kaplarına geçirilir. Yaklaşık 3 haftalık inkübasyondan sonra hücreler tripsine edilerek hücre büyüme kaplarından kaldırılır ve steril şırıngalar içinde uygulayıcıya gönderilir.

36 ACI (Autologous Chondrocyte Implantation)

37 Scaffold ile ACI

38 Scaffold ile ACI

39 Scaffold ile ACI

40 Scaffold ile ACI

41 MACI Matrix-induced Autologous Chondrocyte Implantation

42 MACI

43 MACI

44

45 KIKIRDAK TEDAVİSİNDE BAŞARIYI ETKİLEYEN FAKTÖRLER Akut veya kronik Tam kat veya parsiyel Defekt çapı Defekt yerleşimi Ligament stabilitesi Menisküs bütünlüğü Tibiofemoral veya patellofemoral alignment Yaş Arzulanan aktivite seviyesi Ailesel osteoartrit İnflamatuar artropati Obesite

46 TEDAVİ SONUCUNU KANITLAMA (Kıkırdak spesifik MRI) ACI sonrası Glukozaminoglikan Konsantrasyonu Delayed Gadolinium-enhanced MR to Determine Glycosaminoglycan Concentration in Reparative Cartilage after Autologous Chondrocyte Implantation: Preliminary Results Atsuya Watanabe, Yuichi Wada, Takayuki Obata, Takuya Ueda, Mitsuru Tamura, Hiroo Ikehira, and Hideshige Moriya Radiology. 2006; 239:

47

48 Avrupa Pazarındaki Scaffold - ACI Ürünleri Novocart 3D, Tetec (Braun/Aesculap) MACI, Genzyme Chondroguide, Ormed Hyalograft C, Merz ArthroMatrix, Arthrex Chondrocelect, TiGenix CaReS, Ars Arthro AG

49 BAŞKA ALTERNATİFLER Tru-fit Bone Graft Substitute Plugs (Osteobiologics): Bilayered Resorbable Porous Bioactive Cylindrical Composite Scaffolds

50 KEMİK ve KIKIRDAK KÜLTÜRLERİ TÜBİTAK Karadeniz Teknik Üniversitesi ODTÜ Hacettepe Üniversitesi GATA Ege Üniversitesi Ankara Üniversitesi Yeditepe Üniversitesi

51 AKLA GELEN SORULAR? Tek başına Scaffold mu etkili? Scaffoldlar arasında fark var mı? Gelen kültürde kaç hücre olmalı? Gelen Scaffold da kaç hücre bulunuyor? Tek seansta yapılamaz mı? Neden Kök Hücreden değil de ilk ameliyatla alınan kıkırdaktan kültür yapılıyor? Embriyojenik kök hücreden yapılamaz mı? Genetik mühendisliği ile klonlama yapılamaz mı (SCNT: Somatic Cell Nuclear Transfer Technology)? ACI mu üstün MACI mu? Mikrokırık mı, OCG mi, ACI mu, MACI mu?

52 Dezavantajlar Çok merkezli çalışmalar? Uzun dönem takip? Karşılaştırmalı çalışmalar?

53 DÜNYADA ÇALIŞILAN PROJELER PRP (Cascade, Chrysalis): Otojen readymix intraop bioactive peptid Allojenik immatür hücre doku kültürü platformu (Isto Technologies, Zimmer) Upstream amplification: hedge hog peptide: embriyogenic patterning signals (NS Lab) Bioreactor remodeled whole tissue pressfit auto&allogenic grafts (NeoCart) Hydrogel Polymer and Arthroplasty replacement plugs (SaluCartilage) CAIS (Cartilage Autograft Implantation System): one-stop intraoperative autologous chondral harvest&polymer seeding/implantation (DePuy)

54 Gelecek? Endikasyonların genişlemesi (osteoartrit?) Daha büyük defektlerde uygulama Cartiplug Genetik Mühendisliği Nanoteknoloji = Nanobiomateryal Guided Biotechnology Ligamentler (ÖÇB vs.) Menisküs vs.

55 Gelecek?

56 Gelecek?

57 HEDEFİMİZ NEDİR? Defekti doldurmak mı? İyi Histoloji elde etmek mi? Klinik başarı mı?

58 TEŞEKKÜR EDERİM Doç. Dr. Tahsin BEYZADEOĞLU