KIKIRDAK YENİLEME TEKNOLOJİLERİNDE SON GELİŞMELER Doç. 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
KIKIRDAK TABAKALARI Kondrositler kollajen ve proteoglikandan oluşan ekstrasellüler matriks içine son derece organize şekilde dizilmiştir. 3 tabaka (farklı Tip II kollajen lif ve hücre dizilimli) Yüzeyel = tanjansiyel = en yoğun hücre hücreler yassılaşmış-paralel, lifler paralel Orta = transisyonel = en kalın tabaka: hücreler yuvarlak-dağınık, lifler oblik Derin = bazal: Hücreler kolon-dik, lifler dik
EKLEM KIKIRDAĞININ TEMEL YAPISAL ANATOMİSİ Safranin O boyası, X5
EKLEM KIKIRDAĞI
KIKIRDAK METABOLİZMASI Kondrositler basit difüzyonla eklem sıvısından beslenir ve oksijenize olur. Enerji ihtiyacını glikolizle karşılar Glukoz---(anaerobik)---Laktat Yük altında hücre ve doku metabolitlerini içeren interstisiyel sıvı, matriksten dışarı çıkar (= beslenme); yük kalktığında tekrar matrikse dolar.
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) reseptörler vardır. için de
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
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)
SINIFLAMA Outerbridge. JBJS 1961 Insall. JBJS 1982 Baur. Arthroscopy 1988 Noyes. Am J Sports Med 1989 International Cartilage Repair Society, Brittberg 2000 O Driscoll
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
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
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
KONSERVATİF TEDAVİ Kilo verme Aktivite Modifikasyonları Ortez, tabanlık, brace vs. Besin destekleri NSAI, Aneljezik kullanımı Eklem içi enjeksiyonlar (PRP, HA vs.) Fizyoterapi Pulsed Electromagnetic Field
Cerrahi Tedavi Endikasyonları Akut travmatik lezyon > 1cm çap. (fokal nondejeneratif) Distal femur kondili, Patellofemoral Semptomatik Grade IV Başka cerrahi sırasında görülen asemptomatik lezyon (ACL) BMI < 30
Biyolojik Cerrahi Seçenekler Konvansiyonel - Geleneksel Debridman ve lavaj Kemik iliği stimülasyonu Drilleme -Kondroabrazyon - Mikrokırık Osteokondral allogreft transplantasyonu Osteokondral otogreft transplantasyonu (Mozaikplasti) Otolog Kondrosit İmplantasyonu (1. jenerasyon - periosteal flep)
Biyolojik Cerrahi Seçenekler Son 10 yıl MACT (Matrix-Associated Chondrocyte Transplantation) (2. jenerasyon - Skafold membran) MACI (Matrix-Induced Autologous Chondrocyte Transplantation) (3. jenerasyon hücre emdirilmiş Skafold membran) CCI (Characterized Chondrocyte Implantation) (4. jenerasyon seçilmiş hücreler emdirilmiş Skafold membran) AMIC (Autologous Matrix-Induced Chondrogenesis)
Biyolojik Cerrahi Seçenekler Son 10 yıl Cell-free (hücresiz) skafold (on the shelf) Biyokompozit Materyaller (3D Skafold) Kök Hücre Gen Tedavisi Hidrojeller Nanoteknoloji
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.
SKAFOLD 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 SKAFOLD 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.
SKAFOLD ÖNEMLİ ÇÜNKÜ Hücrenin toplanmasını, Hücrenin yapışmasını, Besinlerin hücreye difüzyonunu, Büyüme faktörlerinin alınmasını, Hücre davranışını etkiler.
SKAFOLD ve BİYOMATERYALLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ
Kemik ve Kıkırdak için Doku Mühendisliğinde Kullanılan Skafold 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
Sentetik Organik Biyomateryaller
Doğal Kaynaklı Organik Biyomateryaller
Doğal İnorganik Biyomateryaller
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.
OYSA BİZ ÇOK BAŞARILIYIZ?! Mikrokırık Mozaikplasti
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)
Skafold ile ACI
Skafold ile ACI
Skafold ile ACI
Skafold ile ACI
OLGU SUNUMU 36 / E, Serbest Meslek 2001 de MFK e mikrokırık 2003 de MFK e 2. mikrokırık Kronik diz ağrısı ve tekrarlayan efüzyonlar Yürümekte bile güçlük çekiyor
OLGU SUNUMU Fizik Muayene: Tam ekst / 130 fleksiyon Medial eklem aralığı ağrılı Efüzyon + Öne çekmece, Lachman ve Mc Murray negatif Tegner-Lysholm: 52 Hokkaido: 53 Lysholm: 58
PREOP GRAFİ
ÜLKEMİZDEKİ İLK DİZDE CARES UYGULAMASI
BULGULAR Takip süresi: 5.5 yıl Tegner-Lysholm: 86 (p<0.05)
5.5 yıl Grafi ve MR
OLGU SUNUMU 27 / E, Profesyonel Futbolcu, Sol diz 2001 de Patellar tendon ile ÖÇB rekonstrüksiyonu Kronik diz ağrısı ve tekrarlayan efüzyonlar 2 kez Lateral Femoral Kondil e mikrokırık yapılmış Futbol oynayamayacak durumda Kariyerine devam etmek istiyor
OLGU SUNUMU Fizik Muayene: Tam ekst / 130 fleksiyon 60 üstü fleksiyonda diz lateralinde ağrısı var Efüzyon ++ Lateral rezeste eklem fareleri Öne çekmece, Lachman ve Mc Murray negatif Tegner-Lysholm: 64 Brittberg-Peterson: 58
PREOP GRAFİ
PREOP MR
ÜLKEMİZDEKİ İLK DİZDE MACI UYGULAMASI
BİYOPSİ SIRASINDA ARTROSKOPİ 21.03.2008 Outerbridge grade 4, Noyes grade 3B 3x3 cm
MACI 31.05.2008
AMELİYAT SONRASI 6 hafta yük kısıtlaması, 12. hafta tam yük 2. günden itibaren CPM 0-40 (her gün 5 artarak, 4 saat /gün) Kuadriseps güçlendirme, Hamstring germe 6. ay koşu Toplam 9 ay fizyoterapi 1. yıl aktif futbola dönüş
BULGULAR Takip süresi: ~ 4 yıl Tegner-Lysholm: 91 (p<0.05) Brittberg-Peterson: 6 (p<0.05) Tüm sezon toplam 35 maç efüzyonsuz oynadı.
2. YIL GRAFİ
2. YIL MR
HALA OYNUYOR
OLGU SUNUMU 20 / E Troklea da OCD sekeli
31.01.2009 MACI Sandviç Tekniği (Bilayer)
Postop 3. yıl Yakınmasız Efüzyon yok Her türlü sporu yapabiliyor
Postop 3. yıl
MACI
MACI
MACI
OLGU SUNUMU 25 / E, Rekürrent Burkulma Ayak bileği Lateral Talar Dom da Osteokondral Lezyon 2000 de mikrokırık 2005 de mozaikplasti Süregelen şikayet
ÜLKEMİZDEKİ İLK AYAK BİLEĞİNDE MACI UYGULAMASI 22.07.2008
Postop 3.5 yıl Yakınmasız Askere gitti Ancak kontrolü kabul etmiyor (şikayet yok)
Avrupa Pazarındaki Scaffold - ACI Ürünleri Novocart 3D, Tetec (Braun/Aesculap) MACI, Verigen=> Genzyme Chondroguide, Ormed Hyalograft C, Merz ArthroMatrix, Arthrex Chondrocelect, TiGenix CaReS, Ars Arthro AG ---- Arthro Kinetics Vs. Vs. Vs. Vs..
MAGIC WORDS KÖK HÜCRE (~ LAZER) (~ KAPALI AMELİYAT)
KÖK HÜCREDEN DERİVE OLAN FENOTİPLER Fibroblast Osteoblast Kondrosit Adiposit İskelet Miyoziti Kardiak Miyozit Miyofibroblast Endotel hücresi Perisit Tenosit Timik Stroma Hücresi
ÜLKEMİZDEKİ İLK KIKIRDAK İÇİN OTOLOG KONSANTRE KÖK HÜCRE UYGULAMASI 10.03.2006
3D BİOKOMPOZİT SKAFOLD Kondral yüzey: doğal hayvansal kaynaklı Kollajen + Glikosaminoglikan Kemik yüzey: doğal hayvansal kaynaklı Kollajen + Glikosaminoglikan ve Kalsiyum Fosfat
OLGU SUNUMU 17 / E Patella arkası OCD sekeli Dizilim doğal 20.06.2011 de opere
Postop 6. ay MR
OLGU SUNUMU 36 / K MFK de osteokondral lezyon 1 yıl önce MF yapılmış Dizilim doğal 19.03.2012 de opere
ÜLKEMİZDEKİ İLK MAIOREGEN UYGULAMASI 19.03.2012
OLGU SUNUMU 47 / E Haftada 3 gün tenis oynuyor 10 yıldır sağ, 3 yıldır sol diz şikayeti var. Aktiviteyle sürekli dizlerde tekrarlayan efüzyon Sağ dizinden 3 kez artroskopik mikrokırık ameliyatı geçirmiş, Sola cerrahi olmamış Her iki dizi için defalarca fizyoterapi görmüş, çok kısa süreli faydalanmış. Spordan taviz vermek istemiyor.
SAĞ DİZ MR (MFK) PDW
SAĞ DİZ MR (TROKLEA) PDW ve PDW_TSE
SOL DİZ MR (TROKLEA) PDW_TSE
SAĞ DİZ PEROP (TROKLEA)
SAĞ DİZ PEROP (MFK)
LİMİTLİ İNLAY COMBO RESURFACE 11.10.2010
SAĞ DİZ POSTOP GRAFİ
AYNI SEANSTA Sol Dize Diagnostik Artroskopi + Kıkırdak Biyopsisi 7 Hafta sonra Sol Dize MACI (Matrix-induced Autologous Chondrocyte Implantation)
SOL DİZ PEROP (TROKLEA)
SOL DİZ PEROP (TROKLEA) MACI ÇİFT KAT SANDVİÇ
SOL DİZ PEROP (TROKLEA) MACI
SOL DİZ POSTOP MR PD_Spair
SONUÇ Aktif, orta yaş Sağ diz: bifokal, kronik (10 yıl) lezyon, biyolojik cerrahi 3 kez denenmiş Sol diz: unifokal, daha yeni (3 yıl) lezyon, cerrahi yapılmamış Sağa non-biyolojik, sola biyolojik rekonstrüksiyon
KIKIRDAĞI RESTORE EDEMİYORSAK NE YAPALIM? 53 / K Bilateral dizlerde ağrı ve efüzyon FTR, enjeksiyonlardan faydalanmamış
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
EKLEM KIKIRDAK LEZYONLARININ TEDAVİ ALGORİTMASI
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
Diz Osteoartriti Kıkırdak Lezyonları A la Carte Yaş Cinsiyet Kronik/dejeneratif/akut Lokalizasyon Boyut Hasta beklentisi Stabilite Obezite Geçirilmiş cerrahiler Dizilim Bozukluğu
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.
AKLA GELEN SORULAR? Tek başına Skafold mu etkili? Skafoldlar arasında fark var mı? Gelen Skafold da kaç hücre bulunuyor? Seçilmiş Kondrositler üstün mü? 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) 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?
BEN KISA ve YETERSİZ TECRÜBEMDE NE ÖĞRENDİM? Kıkırdak Tedavisi KİŞİYE ÖZELDİR Kötü Dizilime DİKKAT! Subkondral Kemik Kalitesi Çok ÖNEMLİ Menisküsü KORU En YENİ En İYİ Demek DEĞİLDİR Ama Yeniliklere de YABANCI OLMAMALIYIZ Temel Bilime Önem Vermeliyiz BİZLER Projeler Geliştirmeliyiz ALTYAPIMIZ FAZLASIYLA MEVCUT
SABRINIZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM Dr. Tahsin Beyzadeoğlu tbeyzade@superonline.com