Stamcelleterapi holder løftet som potensielt alternativ til bentransplantering operasjoner

En studie publisert denne uken forsterker den potensielle verdien av stamceller i å reparere store skader som involverer tap av benbygning.

Studien viser at å levere stamceller på en polymer stillas til å behandle store områder av mangler bein fører til bedre beindannelse og bedre mekaniske egenskaper sammenlignet med behandling med stillaset alene. Denne typen terapeutisk behandling kan være et potensielt alternativ til bentransplantering operasjoner.

"Massive bein skader er blant de mest utfordrende problemer som ortopediske kirurger ansikt, og de blir ofte sett på som et resultat av ulykker samt soldater tilbake fra krigen," sier studiens hovedforfatter Robert Guldberg, professor i Georgia Tech Woodruff skole of Mechanical Engineering. "Denne studien viser at det er lovende i behandling av disse skadene ved å levere stamceller til skaden nettstedet. Dette er skader som ikke ville gro uten betydelig medisinsk intervensjon."

Detaljer av forskningen ble publisert i tidlig utgave av tidsskriftet Proceedings of National Academy of Sciences 11. januar 2010. Dette arbeidet ble finansiert av National Institutes of Health og National Science Foundation.

Studien ble utført på rotter der to bein hull åtte millimeter i lengde ble opprettet for å simulere massive skader. Ett gapet var behandlet med en polymer stillas seeded med stamceller og den andre med stillas bare. Resultatene viste at skadene behandles med stamceller stillasene viste signifikant flere bein vekst enn skadene behandles med stillaser bare.

Guldberg og maskinteknikk graduate student Kenneth Dupont eksperimenterte med stillaser som inneholder to forskjellige typer av menneskelige stamceller - benmarg-avledet mesenchymale voksne stamceller og fostervannet føtale stamceller.

"Vi var i stand til å direkte vurdere den terapeutiske potensialet av menneskelige stamceller til å reparere store bein defekter ved å implantere dem i rotter med redusert immunforsvar," forklarte Guldberg, som også er direktør for Petit Institutt for bioteknologi og biovitenskap ved Georgia Tech .

Micro-CT målinger viste ingen signifikante forskjeller i bein regenerasjon mellom de to stamcelleforskningen grupper. Men å kombinere to typer stamceller produseres betydelig høyere bein volum og styrke sammenlignet med stillaser uten cellular styrking.

Selv om stamcelleforskningen levering betydelig forbedret bein vekst og biomekaniske egenskaper, det var ikke i stand til å konsekvent reparere skaden. Åtte uker etter behandlingen, nye bein bro hullene i fire av ni defekter behandlet med stillaser seeded med voksne stamceller, en av ni defekter behandlet med stillaser seeded med føtale stamceller, og ingen av defekter behandlet med stillaset alene.

"Vi trodde at den funksjonelle regenerering av ben defekter kan ha blitt begrenset av stamceller migrere vekk fra skaden området, så vi besluttet å etterforske skjebnen og distribusjon av levert celler", sier Guldberg.

For å gjøre dette, merket Guldberg stamceller med fluorescerende kvanteprikker - nanometer-skala partikler som avgir lys når begeistret av nær-infrarød stråling - å spore distribusjonen av stamceller etter levering på stillasene og fullført de samme eksperimentene som tidligere beskrevet .

Gjennom hele studien, observerte forskerne betydelige fluorescens ved stamcelleforskningen stillas nettsteder. Men begynner sju til 10 dager etter behandling, viste signaler på stillaset kun nettsteder. Ekstra analyse med farging avslørt at kvanteprikker stede på stillaset kun steder fantes i inflammatoriske celler som kalles makrofager som hadde tatt opp kvanteprikker løslatt fra døde stamceller.

"Mens vår samlede studie viser at stamcelleterapi har en rekke lover for behandling av massive bein defekter, viser dette forsøket at vi fortsatt trenger å utvikle en bedre måte å levere stamcellene slik at de holde seg i live lenger, og dermed forbli på skaden området lenger, "forklarte Guldberg.

Forskerne fant også at kvanteprikker redusert funksjon av det transplanterte stamceller og dermed deres terapeutiske effekt. Når stamcellene var merket med kvanteprikker, viste resultatene en unnlatelse av å forbedre beindannelse eller bro defekter. Men gjorde det samme lav konsentrasjon av kvanteprikker ikke påvirke celleviabilitet eller evne til stamceller til å bli beinceller i laboratoriestudier.

"Selv om in vitro laboratoriestudier forbli viktig, gir dette arbeidet ytterligere bevis på at godt karakterisert in vivo modeller er nødvendig å teste evnen til regenererende vev strategier for å effektivt integrere og gjenopprette funksjon i komplekse levende organismer," sier Guldberg. "Bedre metoder for non-invasiv celle sporing som ikke endrer celle funksjon in vivo for å optimalisere stamcelleforskningen levering strategier og sammenligne effekten av ulike stamceller kilder for vev regenerasjon."

Guldberg er for tiden utforsker alternativ celle sporing metoder, slik som genetisk modifisere stamcellene til å uttrykke grønt fluorescerende protein og / eller andre selvlysende enzymer som luciferase. Han er også undersøke tillegg av programmering pekepinner til skafottet som vil styre stamceller til å differensiere i beinceller. Disse signalene kan være spesielt effektive for føtale stamceller, som antas å være mer primitive enn voksne stamceller, ifølge Guldberg.

Erfaringer fra dagens arbeid blir også brukt til å utvikle effektive stilk cellen terapi for alvorlige sammensatte skader til flere vev, inkludert bein, nerver, blodkar og muskulatur. Dette oppfølging på arbeidet blir utført i Georgia Tech Center for Advanced bioteknologi for Soldier overlevelsesevne i samarbeid med Ravi Bellamkonda og Barbara Boyan, professorer i Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering ved Georgia Tech og Emory University.

Kilde: Georgia Institute of Technology Research News
Advertisement