Slayt 1 - Prof. Dr. Tahsin Beyzadeoğlu

ANKARA ÜNİVERSİTESİ ORTOPEDİ
GÜNLERİ
10-11 Ekim 2008
KONDROSİT
İMPLANTASYONU’NUN
TEMELLERİ
Dr. Tahsin BEYZADEOĞLU
Yeditepe Üniversitesi Tıp Fakültesi
Ortopedi ve Travmatoloji AD
GÜNCEL SORUN
• Eklem kıkırdak yaralanmaları oldukça sık olarak görülmektedir
ve mevcut tedavi yöntemlerinin uzun dönem sonuçları, yeteri
kadar iyi değildir.
• 31.000 artroskopik prosedürde % 63 oranında kıkırdak lezyonu
bulundu. Hastaların % 20’sinde Outerbridge Grade 4 lezyon
mevcuttu.
Curl WW, Krome J, Gordon ES, Rushing J, Smith BP, Poehling GG.
Cartilage injuries: a review of 31,516 knee arthroscopies.
Arthroscopy. 1997 Aug;13(4):456-460.
SÜREGELEN SORUN
‘’Hipokrat’tan günümüze, tüm bilim
dünyasınca bilinir ki, ülsere kıkırdak büyük
bir problemdir ve bir kere parçalanırsa,
tamir edilemez.’’
Hunter W.
On the structure and diseases of articulating cartilage.
Philos Trans R Soc Lond 1743;42b:514-521.
EKLEM KIKIRDAĞI
•
•
•
•
•
Hiposellüler,
Avasküler,
Alenfatik,
Anöral,
Yağ, kas ve diğer matür dokulardaki gibi indiferansiye
mezenkimal kök hücreleri içermez (zayıf tamir).
• Düşük sürtünme ve dayanıklı yüzey oluşturmasını
sağlayan, yoğun proteoglikan ve kollajen matriks
mevcut.
MİNİMAL TAMİR POTANSİYELİ
Eklem kıkırdağının ana
komponentleri
•
•
•
•
•
Kondrositler,
Kollajen,
Ekstrasellüler matriks proteoglikanları,
Non-kollajen proteinler
Su
Ana temel taş indiferansiye mezenkimal
kemik iliği kök hücrelerinden gelişen
KONDROSİT
EKLEM KIKIRDAĞININ TEMEL YAPISAL ANATOMİSİ
Safranin O boyası, X5
YAPIM - YIKIM
• Kondrositler bir orkestra şefi gibi martiks
sentezi ile yıkımını düzenlerler.
• Matriks oluşumunu etkileyen faktörler:
– Mekanik yük
– Hormonlar
– Lokal büyüme faktörleri
– Sitokinler
– Yaşlanma
– Yaralanma
HEDEFİMİZ TİP II
• Tip II:
II Eklem kıkırdağının ana fibriler
kollajeni (%90-95)
– Highly cross-linked network
• Tip IX:
IX Proteoglikan parça içeren kısa
fibrilli kollajen
• Tip XI:
XI Ana görevi Tip II kollajen fibril
kalınlığını düzenlemek
ANABOLİZMA – KATABOLİZMA
MÜKEMMEL DENGE
• İntegrin:
İntegrin Kondrositleri matrikse bağlayan
yüzey proteini
• Kondrositlerde sitokin ve büyüme faktörleri
(Transforming Growth Faktör = TGF-β, Insulin-like Growth Faktör =
IGF-I, Bone Morfojenik Proteinler = BMP-2 ve BMP-7)
için de
reseptörlerİ vardır.
• Matriks komponentleri dışında, matriks
yıkan enzimler de salgılarlar.
ASLINDA UZUN ÖMÜRLÜ
• Normal şartlar altında, kollajen
metabolizması çok yavaştır ve yarı ömrü
yıllar sürer.
• Hastalık durumunda ileri derecede yıkım
artar …….. Artroz ……… Kollajenazlar ??
EŞSİZ BİYOMEKANİK
• Matriksteki negatif yük katyonları çekerek, doku
osmolalitesinin artmasına neden olur.
• Suyun da çekilmesi ise osmolaliteyi azaltır.
• SONUÇ:
SONUÇ Eklem kıkırdağında, tüm dokulardan daha
yüksek osmotik basınç vardır.
– Su içeriği ve yüksek hidrostatik basınçla yüklere dirençlidir.
– İleri derecede entegre Tip II kollajen matriks şişmesini
engeller.
• Osteoartritte entegrasyon bozulur, şişme başlar.
YARALANMA TİPİ, DERECESİ ve CEVAP
• Metabolik, Genetik, Vasküler, Mekanik, Travma
• Yaralanmanın derecesi prognozun ana belirleyeni
– Mikrohasar (künt travma):
travma) yüzeyde gözle görülmeyen
• Mikrokırıklar, apopitoz, proteoglikan kaybı, kıkırdakta incelme,
subkondral kalınlaşma ---- anöral ---- sıklıkla ağrısız?
– Kondral kırık:
kırık subkondral kemiğe kadar uzanan
• Apopitoz, nekroz, kondrositler prolifere olsa bile defekte migre
olmazlar ve defekt kenarları birleşmez ----efüzyon, ağrı, kilitlenme
– Osteokondral kırık:
kırık Subkondral kemiği de içeren
• Kemikte inflamatuar cevap, hematom organizasyonu, fibrin pıhtı,
fibrovasküler tamir, mezenkimal kök hücre proliferasyonu ile
kondrosit diferansiasyonu, derin dokularda endokondral
kemikleşme, hyalen kıkırdak matriksin dejenerasyonu ---fibrokartilajinöz matriks (Tip I>Tip II)
ICRS SINIFLAMASI
Grade 0 - Normal
Grade 1 – Normale Yakın
Yüzeyel: A) Yumuşama
B)+ ve/veya fissürleşme
Grade 3 – Ciddi Anormal
A) %50’den fazla derinlikte
B) Kalsifiye tabakaya kadar
C) Subkondral kemiğe kadar
D) Kabarmış
Grade 2 – Anormal
%50’den az derinlikte
Grade 4 – İleri Derecede Anormal
A) Subkondral kemikten minimal kayıp
B) Subkondral kemikten ciddi kayıp
OUTERBRIDGE SINIFLAMASI
Grade 1: Eklem yüzü şişmiş, yumuşamış ve
kabarmış
Grade 2: Çapı 1 cm’den az olan fissürler ve yarıklar
mevcut
Grade 3: Çapı 1 cm’den büyük, subkondral kemiğe
kadar uzanan derin fissürler mevcut
Grade 4: Subkondral kemik açıkta
OARSI (Osteoarthritis research Society International)
Osteoarthritis Cartilage Histopathology Assesment System
Pritzker KP, Gay S, Jimenez SA, Ostergaard K, Pelletier JP, Revell PA, Salter D, van den Berg WB.
Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging.
Osteoarthritis Cartilage. 2006 Jan;14(1):13-29.
Wakitani Skorlaması
(Histolojik Kıkırdak Skorlama Sistemi)
•
•
•
•
•
Hücre morfolojisi
Matriks boyanması
Kıkırdak yüzeyi
Defekt kalınlığı
İntegrasyon
Patologlarımıza OARSI ve Wakitani
derecelendirme sistemini öğretmeliyiz !
KÖK HÜCREDEN DERİVE OLAN
FENOTİPLER
•
•
•
•
•
•
Fibroblast
Osteoblast
Kondrosit
Adiposit
İskelet Miyoziti
Kardiak Miyozit
•
•
•
•
•
Miyofibroblast
Endotel hücresi
Perisit
Tenosit
Timik Stroma Hücresi
BİYOMÜHENDİSLİK NEDİR ?
• Biyomühendislik = Biyomedikal Mühendisliği =
Medikal Mühendisliği:
Tıp, Fizyoloji ve Biyolojinin sorunlarını
anlamak, tanımlamak ve çözmek için
mühendislik ve fizikokimya bilimlerinin prensip
ve yöntemlerini yaşam ve tıp bilimlerine
uygulayan disiplinlerarası bir Anabilim Dalıdır
HÜCRE ve DOKU KÜLTÜRÜ NEDİR ?
– Doku Kültürü: İnsan, hayvan ve bitkilerden
alınan organ veya doku parçalarının
bütünden
ayrı
bir
şekilde,
yapay
hazırlanmış ortamlarda (in vitro) 24 saat ve
daha uzun süreler yaşatılmasıdır.
– Hücre kültürü: Tek bir hücre veya
hücrelerin doku ile bağıntısı olmadan in
vitro çoğalmasıdır.
NERELERDE KULLANILIR ?
kanser araştırmaları (in vitro toksikoloji)
sitogenetik, biyokimyasal, moleküler biyolojik
çalışmalarda,
çeşitli hastalıkların tanı ve araştırılmasında,
doku ve deri mühendisliği
aşı üretimi, kök hücreler
tüp bebek ve kısırlık tedavileri
farmasötik proteinlerin üretimi
SCAFFOLD NEDİR ?
• ‘ a temporary or movable platform for
workers (as bricklayers, painters, or
miners) to stand or sit on when working at
a height above the floor or ground ’
• Yapı iskelesi
• Hücre ve doku oluşumunu
desteklemek için çatı vazifesi
gören biyomateryal
İDEAL SCAFFOLD NASIL
OLMALIDIR ?
• 3 boyutlu kafesi boyunca hücrelerin
homojen dağılımını sağlamalıdır.
• Biyokimyasal moleküllerin etkili
difüzyonuna izin vermelidir.
• Belirli bir süre sonunda çözünerek yerini
ev sahibi dokuya bırakmalıdır.
SCAFFOLD ÖNEMLİ ÇÜNKÜ
• Hücrenin toplanmasını,
• Hücrenin yapışmasını,
• Besinlerin hücreye difüzyonunu,
• Büyüme faktörlerinin alınmasını,
• Hücre davranışını etkiler.
Kemik ve Kıkırdak için
Doku Mühendisliğinde Kullanılan Scaffold ve
Biyomateryaller
1)Sentetik organik materyaller:
• Biyoçözünür ve biyoemilir: Polyglycolide, Polyactide,
Polydioxanone, Polycaprolactone
• Halen araştırılan Polimerler: Polyorthoester,
Polyanhydrides, Polyhydroxyalkanoate
• Entrepreneurial Polymerik biyomateryaller: Poly (lactic
acid-co-lysine)
2)Sentetik inorganik materyaller:
• Hydroxyapatite, Calcium/phosphate composite, glass
ceramic
3)Doğal kaynaklı organik materyaller:
• Kollajen, Fibrin, Hyaluronik Asit
4)Doğal kaynaklı inorganik materyaller:
• Corralline Hydroxiapatite
ACI
Treatment of Deep Cartilage Defects in the
Knee with Autologous Chondrocyte
Transplantation
Mats Brittberg, Anders Lindahl, Anders
Nilsson, Claes Ohlsson, Olle Isaksson, and
Lars Peterson
The New England Journal of Medicine
Volume 331:889-895 October 6, 1994
Number 14
ACI
(Autologous Chondrocyte Implantation)
KONDROSİT KÜLTÜRÜ ve OTOLOG
KONDROSİT İMPLANTASYONU
TEDAVİ
ALGORİTMASINI
DEĞİŞTİRDİ
EKLEM KIKIRDAK LEZYONLARININ TEDAVİ
ALGORİTMASI
SEMPTOMATİK TAM KAT EKLEM
KIKIRDAK LEZYONU
LEZYON
<1.5 cm²
LEZYON
>1.5 cm² <4 cm²
LEZYON
>4 cm² <8 cm²
RESTORATİF:
RESTORATİF:
ACI
Allogreft
Mosaikplasti
REPERATİF:
Mikrokırık
Mosaikplasti
Mikrokırık +
Periosteal
Flep
RESTORATİF:
Single-plug OAT
REPERATİF:
Mikrokırık
Kondroplasti
LEZYON
>8 cm²
RESTORATİF:
ACI
Allogreft
Allogreft
ACI ?
REPERATİF:
Mikrokırık ?
Mosaikplasti ?
REPERATİF:
YOK
Browne JE, Branch TP.
Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions.
J Am Acad Orthop Surg. 2000 May-Jun;8(3):180-189.
TOM MINAS
BİZ ÇOK MEMNUNDUK !
Mikrokırık
Mozaikplasti
TAMİR ETMEK ? RESTORE ETMEK ?
CERRAHİ ALTERNATİFLER
• Reperatif (tamir edici) Cerrahi Teknikler:
Eklem kıkırdağının tamamen oluşmasını sağlamasa
bile, değişken süreçler boyunca oldukça fonksiyonel
sonuçlar elde edilebilmektedir.
• Restoratif (orijinal haline getirici) Cerrahi Teknikler:
Eklem kıkırdağını doğal haline getirmeyi
hedeflemektedir.
TAMİR ETMEK ? RESTORE ETMEK ?
CERRAHİ ALTERNATİFLER
Browne JE, Branch TP.
Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions.
J Am Acad Orthop Surg. 2000 May-Jun;8(3):180-189.
ACI TEKNİK
KONDROSİT KÜLTÜRÜNÜN
AŞAMALARI
–
Artiküler kıkırdak küçük parçalara ayrılarak Tip II collagenase içinde 48 h
bekletilir.
–
Dokudan ayrılan hücreler sentrifüjlenerek toplanır.
–
Pelet 2 defa yıkanır.
–
Hücreler 37 °C, 5% CO2 şartlar altında inkübatörde inkübe edilir.
–
Her pasajla beraber hücre sayımı yapılır ve hücreler daha büyük hücre
büyüme kaplarına geçirilir.
–
Yaklaşık 3 haftalık inkübasyondan sonra hücreler tripsine edilerek hücre
büyüme kaplarından kaldırılır ve steril şırıngalar içinde uygulayıcıya
gönderilir.
ACI
(Autologous Chondrocyte Implantation)
Scaffold ile ACI
Scaffold ile ACI
Scaffold ile ACI
Scaffold ile ACI
MACI
Matrix-induced Autologous Chondrocyte Implantation
MACI
MACI
•
•
•
•
•
•
•
KIKIRDAK TEDAVİSİNDE
BAŞARIYI ETKİLEYEN
FAKTÖRLER
Akut veya kronik
Tam kat veya parsiyel
Defekt çapı
Defekt yerleşimi
Ligament stabilitesi
Menisküs bütünlüğü
Tibiofemoral veya
patellofemoral
alignment
• Yaş
• Arzulanan aktivite
seviyesi
• Ailesel osteoartrit
• İnflamatuar artropati
• Obesite
TEDAVİ SONUCUNU KANITLAMA
(Kıkırdak spesifik MRI)
ACI sonrası Glukozaminoglikan Konsantrasyonu
Delayed Gadolinium-enhanced MR to Determine Glycosaminoglycan Concentration in Reparative Cartilage after
Autologous Chondrocyte Implantation: Preliminary Results
Atsuya Watanabe, Yuichi Wada, Takayuki Obata, Takuya Ueda, Mitsuru Tamura, Hiroo Ikehira, and Hideshige Moriya
Radiology. 2006; 239:201-208.
Avrupa Pazarındaki
Scaffold - ACI Ürünleri
– Novocart 3D ®, Tetec (Braun/Aesculap)
– MACI ®, Genzyme
– Chondroguide ®, Ormed
– Hyalograft C ®, Merz
– ArthroMatrix ®, Arthrex
– Chondrocelect®, TiGenix
– CaReS ®, Ars Arthro AG
BAŞKA ALTERNATİFLER
• Tru-fit Bone Graft Substitute Plugs
(Osteobiologics): Bilayered Resorbable
Porous Bioactive Cylindrical Composite
Scaffolds
KEMİK ve KIKIRDAK
KÜLTÜRLERİ
•
•
•
•
•
•
•
•
TÜBİTAK
Karadeniz Teknik Üniversitesi
ODTÜ
Hacettepe Üniversitesi
GATA
Ege Üniversitesi
Ankara Üniversitesi
Yeditepe Üniversitesi
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
AKLA GELEN SORULAR?
Tek başına Scaffold mu etkili ?
Scaffoldlar arasında fark var mı ?
Gelen kültürde kaç hücre olmalı ?
Gelen Scaffold’da kaç hücre bulunuyor ?
Tek seansta yapılamaz mı ?
Neden Kök Hücreden değil de ilk ameliyatla
alınan kıkırdaktan kültür yapılıyor ?
Embriyojenik kök hücreden yapılamaz mı ?
Genetik mühendisliği ile klonlama yapılamaz mı
(SCNT: Somatic Cell Nuclear Transfer
Technology) ?
ACI mu üstün MACI mu ?
Mikrokırık mı, OCG mi, ACI mu, MACI mu ?
Dezavantajlar
•
•
•
Çok merkezli çalışmalar ?
Uzun dönem takip ?
Karşılaştırmalı çalışmalar ?
DÜNYADA ÇALIŞILAN PROJELER
• PRP (Cascade, Chrysalis): Otojen ‘readymix’
intraop bioactive peptid
• Allojenik immatür hücre – doku kültürü platformu
(Isto Technologies, Zimmer)
• Upstream amplification: ‘hedge hog’ peptide:
embriyogenic patterning signals (NS Lab)
• Bioreactor remodeled whole tissue pressfit
auto&allogenic grafts (NeoCart)
• Hydrogel Polymer and Arthroplasty replacement
plugs (SaluCartilage)
• CAIS (Cartilage Autograft Implantation System):
one-stop intraoperative autologous chondral
harvest&polymer seeding/implantation (DePuy)
Gelecek ?
•
•
•
•
•
•
Endikasyonların genişlemesi (osteoartrit ?)
Daha büyük defektlerde uygulama
Cartiplug
Genetik Mühendisliği
Nanoteknoloji = Nanobiomateryal
Guided Biotechnology
– Ligamentler (ÖÇB vs.)
– Menisküs vs.
Gelecek ?
Gelecek ?
HEDEFİMİZ NEDİR ?
• Defekti doldurmak mı?
• İyi Histoloji elde etmek mi ?
• Klinik başarı mı ?
TEŞEKKÜR
EDERİM
Doç. Dr. Tahsin BEYZADEOĞLU