Stamcelleterapi det lover godt som potentielle alternativ til knoglegraft operationer

En undersøgelse offentliggjort i denne uge forstærker den potentielle værdi af stamceller i reparation af større skader med tab af knoglestruktur.

Undersøgelsen viser, at levere stamceller på en polymer stillads til at behandle store områder af manglende ben fører til øget knogledannelse og bedre mekaniske egenskaber i forhold til behandling med skafottet alene. Denne form for terapeutisk behandling, kunne være et potentielt alternativ til knoglegraft operationer.

"Massive knogle skader er blandt de mest udfordrende problemer, ortopædiske kirurger ansigt, og de ofte ses som et resultat af uheld såvel som hos soldater hjem fra krig," siger undersøgelsens ledende forfatter Robert Guldberg, der er professor i Georgia Techs Woodruff Skole for Maskinteknik. "Denne undersøgelse viser, at der lover at behandle disse skader ved at levere stamceller til skaden websted. Det er skader, som ikke ville heles uden væsentlig medicinsk intervention."

Nærmere oplysninger om forskningen blev offentliggjort i den tidlige udgave af tidsskriftet Proceedings of National Academy of Sciences den 11. januar 2010. Dette arbejde blev finansieret af National Institutes of Health og National Science Foundation.

Undersøgelsen blev udført på rotter, hvor to knogler huller otte millimeter i længden blev skabt til at simulere massive skader. Et hul blev behandlet med en polymer stillads tilsået med stamceller og den anden med stilladset kun. Resultaterne viste, at skader behandles med stamceller stilladser viste signifikant mere knoglevækst end skader behandles med stilladser alene.

Guldberg og maskinindustrien kandidatstuderende Kenneth Dupont eksperimenteret med stilladser, der indeholder to forskellige typer af menneskelige stamceller - knoglemarv afledt mesenchymale voksne stamceller og fostervand føtale stamceller.

"Vi var i stand til direkte at vurdere det terapeutiske potentiale af humane stamceller til at reparere store knogle defekter ved at implantere dem i rotter med et nedsat immunforsvar," forklarede Guldberg, der også er direktør for Petit Institut for bioteknologi og-sundhed på Georgia Tech .

Mikro-CT-målinger viste ingen signifikante forskelle i knogle regeneration mellem de to stamceller grupper. Men at kombinere de to typer af stamceller produceret betydeligt højere knogle volumen og styrke i forhold til stilladser uden cellulære augmentation.

Selvom stamceller levering væsentligt forbedret knoglevækst og biomekaniske egenskaber, var det ikke i stand til konsekvent at reparere skaden. Otte uger efter behandlingen, nyt knoglevæv bro over hullerne i fire af ni fejl behandlet med stilladser tilsået med voksne stamceller, et af ni fejl behandlet med stilladser tilsået med føtale stamceller, og ingen af ​​de fejl, der blev behandlet med skafottet alene.

"Vi troede, at den funktionelle regenerering af knoglerne mangler kan have været begrænset af stamceller migrere væk fra skaden site, så vi besluttede at undersøge den skæbne og fordeling af de leverede celler," sagde Guldberg.

For at gøre dette, Guldberg mærket stamceller med fluorescerende kvantepunkter - nanometer-skala partikler, der udsender lys, når ophidset af nær-infrarød stråling - til at spore fordelingen af ​​stamceller efter leveringen på stilladser og afsluttede de samme eksperimenter, som tidligere beskrevet .

Gennem hele undersøgelsen, observerede forskerne signifikante fluorescens på stamcelle skafottet sites. Men begynder syv til 10 dage efter behandlingen, signaler dukkede på skafottet-kun websteder. Yderligere analyse med immunfarvning viste, at kvantepunkter til stede ved skafottet-only sites var indeholdt i inflammatoriske celler kaldes makrofager, der havde taget op kvantepunkter frigivet fra døde stamceller.

"Mens vores samlede undersøgelse viser, at stamcelleterapi har en masse lovende for behandling af massive knogle defekter, dette eksperiment viser, at vi stadig nødt til at udvikle en bedre måde at levere de stamceller, så de holder sig i live længere og dermed forblive på skaden sted længere, "forklarede Guldberg.

Forskerne fandt også, at kvantepunkter mindsket funktion af den transplanterede stamceller og dermed deres terapeutiske effekt. Når stamceller var mærket med kvantepunkter, resultaterne viste en undladelse af at forbedre knogledannelse eller bro defekter. Men den samme lave koncentration af kvantepunkter ikke påvirke cellernes levedygtighed eller evne til stamceller til at blive knogle celler i laboratorieforsøg.

"Selv om in vitro laboratorieundersøgelser er stadig vigtige, dette arbejde giver yderligere beviser for, at velkarakteriseret in vivo modeller er nødvendigt at teste muligheden for regenerativ væv strategier for effektivt at integrere og genoprette funktionen i komplekse levende organismer," tilføjede Guldberg. "Forbedrede metoder til non-invasiv celle sporing, som ikke ændrer cellefunktion in vivo er nødvendige for at optimere stamceller levering strategier og sammenligne effektiviteten af ​​forskellige stamcelle kilder til vævsregeneration."

Guldberg er i øjeblikket undersøger alternative celle sporing metoder, såsom en genetisk ændring af stamceller til at udtrykke grønt fluorescerende protein og / eller andre selvlysende enzymer såsom luciferase. Han undersøger også tilføjelsen af ​​programmeringen tidskoder til stillads, der skal lede stamceller til at differentiere til knogle celler. Disse signaler kan være særdeles effektive for føtale stamceller, som menes at være mere primitiv end voksne stamceller, ifølge Guldberg.

Erfaringer fra det nuværende arbejde bliver også anvendes til at udvikle effektive stamcellebehandling for alvorlige komposit skader til flere væv, herunder knogler, nerver, kar og muskel. Det opfølgende arbejde, der udføres i Georgia Tech Center for Avanceret Bioengineering for Soldier Overlevelsesevne i samarbejde med Ravi Bellamkonda og Barbara Boyan, professorer i Wallace H. Coulter Institut Biomedicinsk Teknik ved Georgia Tech og Emory University.

Kilde: Georgia Institute of Technology Research News
Advertisement