Najbardziej obiecującą i cechującą się największym potencjałem terapią w medycynie regeneracyjnej jest obecnie leczenie komórkami macierzystymi. Autologiczne przeszczepy MSCs (mesenchymal stem cells), dzięki zastosowaniu materiału pochodzącego bezpośrednio od pacjenta są bezpieczne i cechują się niskim ryzykiem powikłań. Jest to obecnie najskuteczniejsza nieoperacyjna terapia w urazach sportowych i licznych chorobach ortopedycznych.

Czym są komórki macierzyste?

Komórki macierzyste znajdziemy w każdym z nas, niezależnie od wieku. Są niewyspecjalizowane, pierwotne i niedojrzałe, co oznacza, że mają zdolność samoodnowy, dzielenia się oraz różnicowania w dojrzałe komórki i tkanki. Ich szczególne właściwości zastępowania komórek ulegających naturalnemu procesowi apoptozy nowymi pozwalają na utrzymanie procesu homeostazy organizmu. To dzięki tej szczególnej równowadze żyjemy – rozpadające się stare komórki są zastępowane przez nowe. Komórki macierzyste stanowią początkowy etap wszystkich komórek organizmu człowieka – np. skóry, krwi, tkanki kostnej, wątroby czy serca.

Komórki macierzyste odznaczają się nieograniczoną zdolnością do podziałów, samoodnawiania, przeobrażania w inne komórki i zdolnością do tworzenia nowych tkanek. Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje komórek macierzystych:

  • pluripotencjalne (embrionalne),
  • multipotencjalne (dojrzałe) o ograniczonym w stosunku do komórek embrionalnych potencjale, obecne w wykształconym organizmie i odtwarzające dane struktury w przeciągu całego życia.

 

Możemy znaleźć różne populacje komórek macierzystych w narządach, które podlegają samoistnej regeneracji i zwykle naprawiają się bardzo szybko. Warstwy komórek wewnątrz jelit są odnawiane co kilka dni przez komórki macierzyste obecne w jelitach. Te komórki macierzyste dzielą się, a nowe komórki (zwane komórkami potomnymi) tworzą nowe warstwy komórek jelitowych. Zewnętrzne warstwy skóry są również stale odnawiane, a komórki macierzyste skóry są odpowiedzialne za ten proces. Wreszcie w całym ciele możemy znaleźć tak zwane mezenchymalne komórki macierzyste. Te komórki tworzą kość, chrząstkę, tłuszcz i mięśnie. Przegląd różnych typów komórek macierzystych pokazano na poniższej rycinie (zaczerpnięto z Luk et al. „The Use of Stem Cells for Treatment of Diseases”, 2017):

 

Dlaczego korzystanie z embrionalnych komórek macierzystych budzi kontrowersje?

Embrionalne komórki macierzyste są uzyskiwane z zarodków we wczesnym stadium rozwoju – grupy komórek, która tworzy się, gdy jajo kobiety zapłodnione jest nasieniem mężczyzny in vitro. Ponieważ ludzkie embrionalne komórki macierzyste są ekstrahowane z ludzkich embrionów ich wykorzystanie budzi wiele dylematów moralnych i etycznych i zostało zabronione w większości krajów rozwiniętych (Europa, Ameryka Północna).

Pozostałe rodzaje komórek macierzystych są wolne od tego problemu. To właśnie je wykorzystujemy w medycynie regeneracyjnej.

Komórki macierzyste w medycynie regeneracyjnej

Leczenie komórkami macierzystymi zdobywa coraz większą popularność w różnych dziedzinach medycyny. Obecnie z powodzeniem stosuje się je w leczeniu onkologii, hematologii, ginekologii, chirurgii plastycznej, urologii, ortopedii i medycynie sportowej. Trwają prace nad zastosowaniem ich w chorobach nerek, cukrzycy chorobach sera.

 

Rys. Designua | Dreamstime.com

Podstawą zastosowania medycyny regeneracyjnej w medycynie sportowej i ortopedii jest przywrócenie utraconej sprawności fizycznej, zmniejszenie lub całkowite zniesienie dolegliwości bólowych związanych z poruszaniem, poprawa komfortu i jakości życia poprzez zwiększenie mobilności i zdolności samoobsługi pacjenta. Możliwe do osiągnięcia cele zależą przede wszystkim od rozległości, kompleksowości i zaawansowania choroby. Dodatkowo należy wziąć po uwagę stan biologiczny i psychiczny pacjenta, który odgrywa znaczącą rolę w przebiegu i osiąganych rezultatach leczenia. Przy niewielkich zmianach często istnieje możliwość podjęcia leczenia zachowawczego. W bardziej zaawansowanych stanach posiłkujemy się leczeniem operacyjnym umożliwiającym korekcję deformacji, plastykę niewydolnych tkanek, czy też naprawienie uszkodzonych struktur (patrz joint preservation).

rys. z advancells.com

 

Czym są tłuszczowe komórki macierzyste ADSCs/MSCs?

W ostatnim dziesięcioleciu powstały liczne badania typów komórek pod kątem ich przydatności w medycynie regeneracyjnej. Mezenchymalne komórki macierzyste (MSCs) wykazały największą zdolność do różnicowania się w komórki pochodzenia mezenchymalnego, takie jak osteoblasty, adipocyty, miocyty i chondrocyty. W przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych, kompatybilne immunologicznie komórki macierzyste pochodzące z zróżnicowanych tkanek nie podlegają etycznym wyzwaniom. Ze względu na ich szeroką dostępność MSCs stanowią interesujące źródło komórek dla medycyny regeneracyjnej i są zwykle izolowane ze szpiku kostnego lub tkanki tłuszczowej. Jednak MSC pochodzące ze szpiku kostnego nie są optymalne do zastosowania klinicznego ze względu na wymaganą wysoce inwazyjną procedurę aspiracji oraz spadek zarówno ich potencjału proliferacji, jak i różnicowania wraz ze wzrostem starzenia.

 

W poszukiwaniu alternatywnego źródła komórek macierzystych na początku XXI wieku Zuk i wsp. wprowadzili metodę izolowania komórek z tkanki tłuszczowej (ADSCs), która jest morfologicznie i fenotypowo podobna do MSCs. Co ważne, łatwość powtarzalnego dostępu do podskórnej tkanki tłuszczowej metodą minimalnie inwazyjną, prosta procedura izolacji oraz jakość komórek macierzystych i zdolność do proliferacji, które nie maleją wraz z wiekiem pacjenta, podkreślają wyższość ADSCs jako alternatywnego źródła komórek klinicznych i zapewniają wyraźną przewagę nad MSCs pochodzącymi ze szpiku kostnego.

Pochodzące z tkanki tłuszczowej komórki macierzyste (ang. Adipose tissue-derived stem cells, ADSCs) są komórkami mezenchymalnymi, które mają zdolność do samoodnawiania i które można również różnicować w adipocyty, chondrocyty, miocyty, osteoblasty i neurocyty wśród innych linii komórkowych. Wykorzystywane są w leczeniu takich stanach, jak cukrzyca, choroby wątroby, choroby rogówki, zmiany stawowe i skórne. Ponadto komórki macierzyste, a w szczególności komórki pochodzące z tkanki tłuszczowej, odgrywają kluczową rolę w medycynie rekonstrukcyjnej lub inżynierii tkankowej, ponieważ można je wykorzystać do opracowania nowych metod leczenia.

Wśród zalet tłuszczowych komórek macierzystych ADSCs/MSCs znaleźć można:

  • większa łatwość dostępu i pozyskiwania (podskórna liposukcja),
  • znacznie mniej bolesna procedura, niż pobieranie komórek macierzystych szpiku kostnego,
  • możliwość bezpiecznego powtarzania procedury,
  • stosowanie nie wiąże się z kontrowersjami etycznymi, ponieważ są one pobierane z tkanki  tłuszczowej pacjenta.

Jak można przeszczepiać komórki macierzyste?

Sposób wykonania przeszczepu  ADSCs/MSCs pacjentom zależy od choroby, w której są leczeni. Kiedy mezenchymalne komórki macierzyste są używane do naprawy złamań, zaburzeń zrostu czy ubytków kości, są one umieszczane bezpośrednio w miejscu choroby (w tym przypadku wewnątrz kości). Możliwe jest podanie komórek macierzystych na dwa sposoby:

  1. bez dodatkowego rusztowania – podanie jest w formie celowanej iniekcji, gdzie MSCs w formie zawiesiny komórkowej pokrywają obszar uszkodzenia;
  2. osadzonych na specjalnym biologicznym rusztowaniu (mata hialurownowa lub kolagenowa, scaffold, matrix).

Co dają matryce komórkowe?

Matryce to trójwymiarowe bloki konstrukcyjne z wieloma małymi porami, dzięki czemu komórki mogą się przyczepiać i osadzać głęboko w matrycy. Utworzone w ten sposób rusztowanie daje bardzo dobre możliwości rozrostu przestrzennego komórek macierzystych.

Rys. matryca kolagenowa z osadzonymi komórkami macierzystymi (mat. wł. dr Milczarek)

 

Jak się pobiera komórki macierzyste?

Komórki macierzyste MSCs/ADSCs pobieramy z tłuszczu zlokalizowanego w tkance podskórnej brzucha na zasadzie liposukcji. Procedura oparta na oddzieleniu zrębu naczyniowego zawartego w tkance tłuszczowej umożliwia dostęp do komórek macierzystych bez uciekania się do tkanki embrionalnej, co ułatwia jej zastosowanie w medycynie regeneracyjnej. MSCs (CD34 +) to te, które mogą różnicować i tworzyć kolonie niehematopoetyczne, z kolei tworzą przedział, w którym identyfikowane są różne subpopulacje: pro śródbłonek (CD146 + / CD31 + / CD34 +); pericyty (CD146 + / CD31– / CD34–), przejściowa subpopulacja (CD146 + / CD31– / CD34 +); i komórki zrębu, które wykazują większy potencjał do tworzenia adipocytów (CD146– / CD31– / CD34 +).

 

Podczas liposukcji niechciany tłuszcz z części ciała jest usuwany przez aspirację i wstrzykiwany w miejsca, w których wymagana jest zwiększona objętość lub w celu uzyskania poprawy kosmetycznej. Izolację ADSCs przeprowadza się z lipoaspirowanego materiału, w którym można znaleźć komórki zrębowej frakcji naczyniowej (SVF); z tej frakcji różne typy komórek można izolować po przemyciu, trawieniu enzymatycznym i odwirowaniu próbek.

Jakie choroby leczymy tłuszczowymi komórkami macierzystymi?

Terapia komórkami macierzystymi MSCs ma wykazaną skuteczność w leczeniu:

  • choroby zwyrodnieniowej stawów
  • urazy ścięgien, mięśni i więzadeł
  • uszkodzeniach chrząstki stawowej i chondromalacji
  • zmianach przeciążeniowych – np. łokieć tenisisty, łokieć golfisty, kolano skoczka, kolano biegacza
  • złamaniach, zaburzeniach zrostu, stawach rzekomych
  • uszkodzeniach awulsyjnych przyczepów ścięgien (np. hamstringów, m. prostego uda, etc.)
  • uszkodzeniach więzadła krzyżowego przedniego (ACL) oraz tylnego (PCL)
  • uszkodzeniach łąkotek
  • urazach stożka rotatorów
  • jałowej martwicy kości (AVN)
  • leczeniu łysienia
  • plastyce blizn i bliznowców

 

Jak robimy to w ArtroCentrum?

Nasz zespół stosuje najefektywniejszą obecnie metodę w medycynie regeneracyjnej z wykorzystaniem tłuszczowych komórek macierzystych ADSCs/MSCs, który gwarantuje wysoką koncentrację adipocytów, minimalną ingerencję mechaniczną i brak stymulacji enzymatycznej i chemicznej. Stosujemy tylko sterylny sprzęt jednorazowy.

Każdy pacjent jest kwalifikowany do terapii regeneracyjnej osobiście przez dr. Nowaka lub dr. Milczarka. Konieczne w tym celu jest przedstawienie przebiegu choroby, przeprowadzenie badania klinicznego oraz badań dodatkowych (USG, rtg, MRI, TK). W czasie wizyty lekarz omówi z Tobą czy jest możliwe przeprowadzenie terapii komórkami macierzystymi i jakie są alternatywy do tego leczenia. Nie bój się zadawać pytań – z chęcią na nie odpowiemy.

 

Zabieg wykonujemy tylko w warunkach sterylnych na bloku operacyjnym w asyście anestezjologa, co zwiększa bezpieczeństwo i komfort pacjenta. Cała procedura jest niemal bezbolesna. Po jałowym przygotowaniu pola operacyjnego i administracji leków znieczulających, wykonujemy ok. 1,5 mm nacięcie, przez które dochodzimy do warstwy podskórnej. Tkanka tłuszczowa z okolicy brzusznej jest aspirowania na zasadach liposukcji. W czasie jednego zabiegu możemy pozyskać około 20-150 ml tłuszczu, co zależy głównie od objętości, jaką chcemy uzyskać (ile mamy okolic lub stawów do ostrzyknięcia, czy stosujemy matrycę komórkową).

Schemat przygotowania tłuszczowych komórek macierzystych Lipogems.

 

W kolejnym etapie pobrany materiał jest preparowany mechanicznie w sposób pozwalający na minimalną ingerencję w jego strukturę czynną. Uzyskany koncentrat, jest następnie przeszczepiany w zmienione chorobowo miejsce.

 

Procedura jest krótka. W przypadku samego przeszczepu komórek macierzystych, ich pozyskanie, przygotowanie i samo podanie zamyka się łącznie w około 30-60 minutach. Do szpitala należy się zgłosić godzinę wcześniej i pozostać przez następne dwie godziny w oddziale. Nie ma konieczności pozostawania na noc w szpitalu.

 

Cały proces można obejrzeć na poniższym filmie:

 

Piśmiennictwo:

Frese L, Dijkman PE, Hoerstrup SP. Adipose Tissue-Derived Stem Cells in Regenerative Medicine. Transfus Med Hemother. 2016;43(4):268–274.

Roh JD, Sawh-Martinez R, Brennan MP, Jay SM, Devine L, Rao DA, Yi T, Mirensky TL, Nalbandian A, Udelsman B, Hibino N, Shinoka T, Saltzman WM, Snyder E, Kyriakides TR, Pober JS, Breuer CK. Tissue-engineered vascular grafts transform into mature blood vessels via an inflammation-mediated process of vascular remodeling. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Mar 9; 107(10):4669-74.

Johnstone B, Alini M, Cucchiarini M, et al. Tissue engineering for articular cartilage repair – the state of the art. Eur Cell Mater. 2013;25:248–267

Hangody L, Kish G, Karpati Z, Udvarhelyi I, Szigeti I, Bely M. Mosaicplasty for the treatment of articular cartilage defects: application in clinical practice. Orthopedics. 1998;21(7):751–756

Johnson LL. Arthroscopic abrasion arthroplasty historical and patho¬logic perspective: present status. Arthroscopy. 1986;2(1):54–69

Cucchiarini M, Venkatesan JK, Ekici M, Schmitt G, Madry H. Human mesenchymal stem cells overexpressing therapeutic genes: from basic science to clinical applications for articular cartilage repair. Biomed Mater Eng. 2012;22(4):197–208.

Dattena M, Pilichi S, Rocca S, et al. Sheep embryonic stem-like cells transplanted in full-thickness cartilage defects. J Tissue Eng Regen Med. 2009;3(3):175–187

Moseley JB,O’Malley K,Petersen NJ,Wray NP,Gillespie WJ. Arthroscopic surgery was not effective for relieving pain or improving function in osteoarthritis of the knee: Commentary. Evidence-Based Medicine 2003;8(2):56

McNamara I, Birmingham TB, Fowler PJ, Giffin JR. High tibial osteotomy: evolution of research and clinical applications–a Canadian experience. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2013 Jan;21(1):23-31

McAlindon TE, Bannuru RR, Sullivan MC, Arden NK, Berenbaum F, Bierma-Zeinstra SM, Hawker GA, Henrotin Y, Hunter DJ, Kawaguchi H, Kwoh K, Lohmander S, Rannou F, Roos EM, Underwood M. OARSI guidelines for the non-surgical management of knee osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2014 Mar;22(3):363-88

Rutjes AW, Jüni P, da Costa BR, Trelle S, Nüesch E, Reichenbach S. Viscosupplementation for osteoarthritis of the knee: a systematic review and meta-analysis. Ann Intern Med. 2012 Aug 7;157(3):180-91