Лечение боли в позвоночнике с помощью сменных дисков, изготовленных из
                КТ сканирования тканевого диска через 20 недель после имплантации в хвосты крыс. Сканирование сравнивает имплантат (правая колонка) с оригинальными дисками (левая колонка) без нагрузки и при сжатии. Предоставлено: С.Е. Gullbrand et al., Наука трансляционной медицины (2018)

Впервые биоинженерные позвоночные диски были успешно имплантированы и обеспечили долговременную функцию в самой большой модели на животных, когда-либо оценивавшейся на предмет замены тканевой инженерии. Новое исследование Penn Medicine, опубликованное в Science Translational Medicine, предоставляет убедительные переводческие доказательства того, что клетки пациентов, страдающих от болей в шее и спине, могут быть использованы для создания нового позвоночного диска в лаборатории, чтобы заменить поврежденный. Исследование, которое было выполнено с использованием коз, проводилось междисциплинарной командой Медицинского факультета Перельманского университета Пенсильвании, Школы инженерии и прикладных наук и Школы ветеринарной медицины.
                                                                                       

Мягкие ткани в позвоночнике, межпозвонковые диски, необходимы для повседневной жизни, например, для того, чтобы повернуть голову и завязать обувь. Однако в любой момент времени около половины взрослого населения в Соединенных Штатах страдает от болей в спине или шее, из-за которых лечение и уход ложатся серьезным экономическим бременем на общество — примерно 195 миллиардов долларов в год. В то время как дегенерация спинного диска часто связана с этой болью, основные причины дегенерации диска остаются менее понятными. Современные подходы, которые включают в себя операции на позвоночнике и механические устройства для замены, обеспечивают симптоматическое облегчение, но они не восстанавливают структуру, функцию и диапазон движения нативного диска, и они часто имеют ограниченную долгосрочную эффективность. Таким образом, существует необходимость в новых методах лечения.

Тканевая инженерия имеет большие перспективы. Он включает в себя объединение собственных стволовых клеток пациентов или животных с каркасами из биоматериала в лаборатории для создания сложной структуры, которая затем имплантируется в позвоночник для использования в качестве замещающего диска. В течение последних 15 лет исследовательская группа Penn разрабатывала заменяющий диск с тканевой инженерией, переходя от фундаментальных научных исследований in vitro к моделям с маленькими животными до моделей с более крупными животными, ориентируясь на испытания на людях.

«Это важный шаг: вырастить такой большой диск в лаборатории, поместить его в дисковое пространство, а затем заставить его интегрироваться с окружающей нативной тканью. Это очень многообещающе», — сказал Роберт Л. Мок, доктор философии, профессор по образованию и исследованиям в области ортопедической хирургии в Медицинской школе им. Перельмана в Пенне, научный сотрудник в медицинском центре капрала Майкла Крессенца (CMC VAMC) в Филадельфии и один из старших авторов бумага. «Нынешний стандарт медицинской помощи на самом деле не восстанавливает диск, поэтому мы надеемся, что с этим разработанным устройством мы заменим его биологическим, функциональным способом и восстановим полный диапазон движения».

Прошлые исследования, проведенные нашей командой, успешно продемонстрировали интеграцию их спроектированных дисков, известных как дископодобные угловые структуры (DAPS), в хвосты крыс в течение пяти недель. Это последнее исследование продлило этот период на крысиной модели — до 20 недель — но с обновленными сконструированными дисками, известными как DAPS, модифицированный на концевой пластине, или eDAPS, чтобы имитировать структуру нативного сегмента позвоночника. Добавление концевых пластин помогло сохранить состав инженерной структуры и способствовать ее интеграции в нативную ткань.

МРТ, наряду с гистологическим, механическим и биохимическим анализом, показали, что eDAPS восстанавливал структуру нативного диска, биологию и механическую функцию в модели крысы. Развивая этот успех, исследователи затем имплантировали eDAPS в шейный отдел позвоночника коз. Они выбрали козу, потому что его размеры шейно-спинного диска аналогичны размерам человека, а козы имеют полу-вертикальный рост.


            Все козы, получившие имплантаты в шею, выздоровели без осложнений и продемонстрировали полный спектр движений шеи. Предоставлено: Gullbrand, Smith, Mauck и др.

Исследователи продемонстрировали успешную полную замену диска в шейном отделе козы. Через четыре недели распределение матрицы было либо сохранено, либо улучшено в рамках крупномасштабного eDAPS. Результаты МРТ также свидетельствуют о том, что состав диска через восемь недель сохранялся или улучшался, и что механические свойства либо соответствовали, либо превосходили таковые у шейки маточного диска нативной козы.

«Я думаю, что это действительно здорово, что мы зашли так далеко, от крысиного хвоста до имплантатов человеческого размера», — сказал Харви Э. Смит, доктор медицинских наук, доцент кафедры ортопедической хирургии и нейрохирургии в Перельмане. Медицинский факультет и штатный хирург при CMC VAMC, а также один из старших авторов и клинический руководитель исследования. «Когда вы смотрите на успех в литературе по механическим устройствам, я думаю, что есть очень веская причина для оптимизма, что мы можем достичь того же успеха, если не превзойти его с помощью специально разработанных дисков».

Исследовательская группа приписывает успех этой работы междисциплинарному и переводческому подходу, который они использовали с самого начала в Пенне, где проживают многие эксперты из различных департаментов и школ, которые были вовлечены в этот проект.

«Мы стимулировали все различные начинания, которыми владеет Пенн, от фундаментальных исследований до клиницистов. У нас есть невероятная сеть, которую можно использовать для этого и других исследований», — сказал автор исследования Томас П. Шаер, VMD, директор отдела трансляционных ортопедических исследований и доклинических исследований в Школе ветеринарной медицины Университета Пенсильвании New Bolton Center. «Не каждое академическое учреждение имеет такую ​​совместную экосистему, которая была для нас огромным преимуществом, когда мы начали это исследование, а затем поддерживали его с течением времени».

Команда также включает в себя первый автор Сара Gullbrand, доктор философии, научный сотрудник в отделении ортопедической хирургии Пенн медицины и научно-исследовательский центр Поступательное Musculoskeletal телесной Майкл Дж Crescenz В.А. медицинский центр, Лахланом J Смит, доктор философии, доцент кафедры нейрохирургии и ортопедической хирургии в Пенне, и Доун М. Эллиот, доктор философии, бывший исследователь Пенн, который в настоящее время является кафедрой биомедицинской инженерии в Университете штата Делавэр.

Следующим шагом будет проведение более долгосрочных исследований для дальнейшей характеристики функции eDAPS в модели козла, заявили авторы, а также для моделирования дегенерации позвоночных дисков у людей и для проверки работы их сконструированных дисков. в этом контексте.

«Желательно имплантировать биологическое устройство, состоящее из ваших собственных клеток», — сказал Смит. «Использование настоящего тканеинженерного замещающего устройства для сохранения движений в эндопротезировании такого рода — это не то, что мы еще делали в ортопедии. Я думаю, что это будет изменение парадигмы того, как мы действительно лечим эти заболевания позвоночника и как мы приближаемся к движению, экономя реконструкцию стыки «./p>




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *