مهندسی بافت و درمان های مبتنی بر سلول برای شکستگی ها و نواقص استخوانی
تاریخ انتشار: چهارشنبه 14 شهریور 1397
| امتیاز:
شکستگی های استخوانی و نواقص قطعه ای استخوانی منبع مهمی از عوارض جانبی برای بیمار هستند و بار اقتصادی زیادی را به سیستم سلامت جامعه تحمیل می کنند. هزینه سالانه درمان نواقص استخوانی در آمریکا چیزی حدود 5 میلیارد دلار است، و این در حالی است که هزینه زیادی نیز روی گرافت های استخوانی برای آسیب های استخوانی، تومورها و سایر بیماری های مرتبط با ترمیم ناقص شکستگی ها صرف می شود. گرافت های استخوانی اتولوگ برای درمان نواقص استخوانی یک گلد استاندارد محسوب می شوند. با این حال، آن ها با نتایج بالینی متنوع، عوارض جانبی بعد از جراحی(بویژه در جایگاه اهدا) و هزینه های افزایش یافته جراحی همراه هستند. در تلاش برای رفع این محدودیت ها، مهندسی بافت و درمان های مبتنی بر سلول به عنوان جایگزینی برای القا و پیشبرد ترمیم استخوان پیشنهاد شده اند. این مطالعه روی پیشرفت های اخیر در مهندسی بافت استخوان(BTE) فوکوس می کند و نگاه ویژه ای به نقش آن در درمان شکستگی هایی با تاخیر ترمیم شونده (غیر جوش خورنده) و هم چنین نواقص استخوانی قطعه ای حاصل دارد. در این جا ما 1) فرایندهای تشکیل استخوان درون غضروفی و درون غشایی 2) نقش سلول های بنیادی با نگاه ویژه روی سلول های بنیادی مزانشیمی(MSCs)، سلول های بنیادی جنینی(ESCs) و سلول های بنیادی پرتوان القایی(iPSCs) به عنوان بلوک های ساختاری مهندسی ایمپلنت های استخوانی 3) زیست مواد مورد استفاده برای رشد مستقیم بافت با فوکوس روی سرامیک ها، پلیمرهای زیست تخریب پذیر و مواد کامپوزیتی 4) فاکتورهای رشد و سیگنال های مولکولی برای القای تمایز سلول های بنیادی به رده استئوبلاستی که در نهایت منجر به تشکیل فعال استخوان می شود و 5) پروتکل های تحریک مکانیکی مورد استفاده برای حفظ یکپارچگی ترمیم استخوان و نقش آن ها در پذیرش موفقیت آمیز سلول را بحث می کنیم و در نهایت تعدادی از سناریوهای بالینی(شکستگی های غیر جوش خورنده و نکروز عروقی –AVN) بیان می شوند تا نشان دهند که چگونه رویکردهای درمانی جدید مبتنی بر سلول می توانند مورد استفاده قرار گیرند. درک کامل مهندسی بافت و درمان های مبتنی بر سلول ممکن است اجازه تلفیق بهتر این رویکردهای درمانی بالقوه در نواقص استخوانی را بدهند و اجازه ترمیم و بازسازی مناسب تر استخوان را بدهند.
Front Bioeng Biotechnol. 2018 Jul 31;6:105. doi: 10.3389/fbioe.2018.00105. eCollection 2018.
Tissue Engineering and Cell-Based Therapies for Fractures and Bone Defects.
Perez JR1, Kouroupis D1,2, Li DJ1, Best TM1, Kaplan L1, Correa D1,2.
Abstract
Bone fractures and segmental bone defects are a significant source of patient morbidity and place a staggering economic burden on the healthcare system. The annual cost of treating bone defects in the US has been estimated to be $5 billion, while enormous costs are spent on bone grafts for bone injuries, tumors, and other pathologies associated with defective fracture healing. Autologous bone grafts represent the gold standard for the treatment of bone defects. However, they are associated with variable clinical outcomes, postsurgical morbidity, especially at the donor site, and increased surgical costs. In an effort to circumvent these limitations, tissue engineering and cell-based therapies have been proposed as alternatives to induce and promote bone repair. This review focuses on the recent advances in bone tissue engineering (BTE), specifically looking at its role in treating delayed fracture healing (non-unions) and the resulting segmental bone defects. Herein we discuss: (1) the processes of endochondral and intramembranous bone formation; (2) the role of stem cells, looking specifically at mesenchymal (MSC), embryonic (ESC), and induced pluripotent (iPSC) stem cells as viable building blocks to engineer bone implants; (3) the biomaterials used to direct tissue growth, with a focus on ceramic, biodegradable polymers, and composite materials; (4) the growth factors and molecular signals used to induce differentiation of stem cells into the osteoblastic lineage, which ultimately leads to active bone formation; and (5) the mechanical stimulation protocols used to maintain the integrity of the bone repair and their role in successful cell engraftment. Finally, a couple clinical scenarios are presented (non-unions and avascular necrosis-AVN), to illustrate how novel cell-based therapy approaches can be used. A thorough understanding of tissue engineering and cell-based therapies may allow for better incorporation of these potential therapeutic approaches in bone defects allowing for proper bone repair and regeneration.
PMID: 30109228