Terapia con cellule staminali promette come potenziale alternativa alle operazioni di innesto osseo

Uno studio pubblicato questa settimana rafforza il valore potenziale delle cellule staminali nella riparazione di lesioni rilevanti connessi con la perdita della struttura ossea.

Lo studio mostra che fornire cellule staminali su un patibolo polimero per il trattamento di grandi aree di osso mancante porta alla formazione ossea migliore e migliori proprietà meccaniche rispetto al trattamento con la sola patibolo. Questo tipo di trattamento terapeutico potrebbe essere una potenziale alternativa per le operazioni di innesto osseo.

"Lesioni ossee Massive sono tra i problemi più difficili che i chirurghi ortopedici faccia, e sono comunemente visto come risultato di incidenti così come in soldati di ritorno dalla guerra", dice lo studio è l'autore Robert Guldberg, un professore in Georgia Tech Woodruff Scuola di Ingegneria Meccanica. "Questo studio dimostra che c'è promessa nel trattamento di queste lesioni, fornendo cellule staminali per il luogo di ferita. Si tratta di lesioni che non guariscono senza significativo intervento medico".

I dettagli della ricerca sono stati pubblicati nella prima edizione della rivista Proceedings of National Academy of Sciences 11 gennaio 2010. Questo lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health e la National Science Foundation.

Lo studio è stato condotto su ratti in cui due ossa lacune otto millimetri di lunghezza sono stati creati per simulare ferite di massa. Una lacuna è stato trattato con un ponteggio polimero seminati con cellule staminali e l'altra con solo patibolo. I risultati hanno mostrato che le lesioni trattate con ponteggi di cellule staminali hanno mostrato la crescita ossea significativamente più ferite trattate solo con ponteggi.

Guldberg e ingegneria meccanica studente laureato Kenneth Dupont sperimentato con ponteggi che contiene due diversi tipi di cellule staminali umane - dal midollo osseo le cellule mesenchimali staminali adulte e cellule staminali del liquido amniotico del feto.

"Siamo stati in grado di valutare direttamente il potenziale terapeutico delle cellule staminali umane per riparare difetti ossei di grandi dimensioni impiantarli in topi con un sistema ridotto immunitario", ha spiegato Guldberg, che è anche il direttore dell'Istituto Petit in Bioingegneria e Bioscience a Georgia Tech .

Micro-CT misure non hanno mostrato differenze significative nella rigenerazione ossea tra i due gruppi di cellule staminali. Tuttavia, combinando i due tipi di cellule staminali prodotte volume osseo significativamente più alta e la forza rispetto ai ponteggi senza aumento cellulare.

Sebbene la consegna delle cellule staminali notevolmente migliorato la crescita delle ossa e le proprietà biomeccaniche, non era in grado di riparare la lesione costantemente. Otto settimane dopo l', osso nuovo trattamento colmato le lacune in quattro dei nove difetti trattati con scaffold seminati con cellule staminali adulte, una delle nove difetti trattati con scaffold seminati con cellule staminali fetali, e nessuno dei difetti trattati con la sola patibolo.

"Abbiamo pensato che la rigenerazione funzionale dei difetti ossei possono essere state limitate da cellule staminali migrano lontano dal sito della lesione, quindi abbiamo deciso di indagare il destino e la distribuzione delle cellule consegnato", ha detto Guldberg.

Per fare questo, Guldberg etichettati con le cellule staminali fluorescenti punti quantici - su scala nanometrica delle particelle che emettono luce quando sono eccitati da vicino infrarosso radiazione - per tracciare la distribuzione di cellule staminali dopo il parto per i ponteggi e completato gli stessi esperimenti come descritto in precedenza .

Per tutto l'intero studio, i ricercatori hanno osservato fluorescenza significativa presso i siti di cellule staminali patibolo. Tuttavia, a partire da sette a 10 giorni dopo il trattamento, i segnali apparso al patibolo solo siti. Ulteriori analisi con immunostaining ha rivelato che i punti quantici presenti al patibolo solo siti erano contenuti nelle cellule infiammatorie chiamate macrofagi che aveva preso punti quantici rilasciate dalle cellule staminali morte.

"Mentre il nostro studio dimostra che il generale staminali terapia cellulare ha un sacco di promesse per il trattamento di difetti ossei di massa, questo esperimento dimostra che abbiamo ancora bisogno di sviluppare un modo migliore di fornire le cellule staminali in modo da rimanere in vita più a lungo e così rimangono alla lesione sito più a lungo ", ha spiegato Guldberg.

I ricercatori hanno anche scoperto che i punti quantici diminuita la funzione delle cellule staminali trapiantate e quindi la loro effetto terapeutico. Quando le cellule staminali sono state etichettate con punti quantici, i risultati hanno mostrato l'incapacità di aumentare la formazione ossea o difetti ponte. Tuttavia, la stessa concentrazione bassa di punti quantici non ha influenzato la vitalità cellulare o la capacità delle cellule staminali a diventare cellule di osso in studi di laboratorio.

"Sebbene in laboratorio, studi in vitro restano importanti, questo lavoro fornisce un'ulteriore prova che ben caratterizzato in modelli in vivo sono necessari per testare la capacità di strategie di tessuti rigenerabili per integrare in modo efficace e ripristinare la funzione negli organismi viventi complessi", ha aggiunto Guldberg. "Miglioramento dei metodi di monitoraggio non invasivo delle cellule che non alterano la funzione delle cellule in vivo sono necessari per ottimizzare le strategie di distribuzione delle cellule staminali e confrontare l'efficacia di diverse fonti di cellule staminali per la rigenerazione dei tessuti."

Guldberg sta attualmente esplorando metodi alternativi di monitoraggio delle cellule, come modificare geneticamente le cellule staminali a esprimere una proteina fluorescente verde e / o di altri enzimi luminescenti come luciferasi. Si sta anche esaminando l'aggiunta di programmazione spunti al patibolo, che dirigerà le cellule staminali di differenziarsi in cellule ossee. Questi segnali possono essere particolarmente efficace per le cellule staminali fetali, che si ritiene essere più primitivo rispetto alle cellule staminali adulte, secondo Guldberg.

Lezioni apprese da lavori in corso sono stati applicati per sviluppare efficaci terapie con cellule staminali di gravi lesioni ai tessuti compositi multiple, tra cui ossa, nervi, vasi e muscoli. Questo follow-on lavoro è stato condotto in Georgia Tech Center for Bioingegneria avanzata per sopravvivenza Soldato, in collaborazione con Ravi Bellamkonda e Barbara Boyan, professori nel H. Wallace Coulter Dipartimento di Ingegneria Biomedica presso il Georgia Tech e Emory University.

Fonte: Georgia Institute of Technology di ricerca News
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