ANKARA ÜNİVERSİTESİ ORTOPEDİ GÜNLERİ 10-11 Ekim 2008 KONDROSİT İMPLANTASYONU NUN TEMELLERİ Dr. Tahsin BEYZADEOĞLU Yeditepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Ortopedi ve Travmatoloji AD
GÜNCEL SORUN Eklem kıkırdak yaralanmaları oldukça sık olarak görülmektedir ve mevcut tedavi yöntemlerinin uzun dönem sonuçları, yeteri kadar iyi değildir. 31.000 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. 1997 Aug;13(4):456-460.
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:514-521.
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
Eklem kıkırdağının ana komponentleri Kondrositler, Kollajen, Ekstrasellüler matriks proteoglikanları, Non-kollajen proteinler Su Ana temel taş indiferansiye mezenkimal kemik iliği kök hücrelerinden gelişen KONDROSİT
EKLEM KIKIRDAĞININ TEMEL YAPISAL ANATOMİSİ Safranin O boyası, X5
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
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
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.
ASLINDA UZUN ÖMÜRLÜ Normal şartlar altında, kollajen metabolizması çok yavaştır ve yarı ömrü yıllar sürer. Hastalık durumunda ileri derecede yıkım artar.. Artroz Kollajenazlar??
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.
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)
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
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
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. 2006 Jan;14(1):13-29.
Wakitani Skorlaması (Histolojik Kıkırdak Skorlama Sistemi) Hücre morfolojisi Matriks boyanması Kıkırdak yüzeyi Defekt kalınlığı İntegrasyon Patologlarımıza OARSI ve Wakitani derecelendirme sistemini öğretmeliyiz!
KÖK HÜCREDEN DERİVE OLAN FENOTİPLER Fibroblast Osteoblast Kondrosit Adiposit İskelet Miyoziti Kardiak Miyozit Miyofibroblast Endotel hücresi Perisit Tenosit Timik Stroma Hücresi
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
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.
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
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
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.
SCAFFOLD ÖNEMLİ ÇÜNKÜ Hücrenin toplanmasını, Hücrenin yapışmasını, Besinlerin hücreye difüzyonunu, Büyüme faktörlerinin alınmasını, Hücre davranışını etkiler.
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
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 331:889-895 October 6, 1994 Number 14
ACI (Autologous Chondrocyte Implantation)
KONDROSİT KÜLTÜRÜ ve OTOLOG KONDROSİT İMPLANTASYONU TEDAVİ ALGORİTMASINI DEĞİŞTİRDİ
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. 2000 May-Jun;8(3):180-189.
TOM MINAS
BİZ ÇOK MEMNUNDUK! Mikrokırık Mozaikplasti
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.
TAMİR ETMEK? RESTORE ETMEK? CERRAHİ ALTERNATİFLER Browne JE, Branch TP. Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions. J Am Acad Orthop Surg. 2000 May-Jun;8(3):180-189.
ACI TEKNİK
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.
ACI (Autologous Chondrocyte Implantation)
Scaffold ile ACI
Scaffold ile ACI
Scaffold ile ACI
Scaffold ile ACI
MACI Matrix-induced Autologous Chondrocyte Implantation
MACI
MACI
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
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; 239:201-208.
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
BAŞKA ALTERNATİFLER Tru-fit Bone Graft Substitute Plugs (Osteobiologics): Bilayered Resorbable Porous Bioactive Cylindrical Composite Scaffolds
KEMİK ve KIKIRDAK KÜLTÜRLERİ TÜBİTAK Karadeniz Teknik Üniversitesi ODTÜ Hacettepe Üniversitesi GATA Ege Üniversitesi Ankara Üniversitesi Yeditepe Üniversitesi
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?
Dezavantajlar Çok merkezli çalışmalar? Uzun dönem takip? Karşılaştırmalı çalışmalar?
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)
Gelecek? Endikasyonların genişlemesi (osteoartrit?) Daha büyük defektlerde uygulama Cartiplug Genetik Mühendisliği Nanoteknoloji = Nanobiomateryal Guided Biotechnology Ligamentler (ÖÇB vs.) Menisküs vs.
Gelecek?
Gelecek?
HEDEFİMİZ NEDİR? Defekti doldurmak mı? İyi Histoloji elde etmek mi? Klinik başarı mı?
TEŞEKKÜR EDERİM Doç. Dr. Tahsin BEYZADEOĞLU