Tα κύρια χαρακτηριστικά των βλαστικών κυττάρων

Τα βλαστικά κύτταρα έχουν δύο βασικά χαρακτηριστικά: πρώτον μπορούν να αυτοανανεώνονται σε ακριβή αντίτυπα του εαυτού τους, για μεγάλο χρονικό διάστημα, ανα τακτά χρονικά διαστήματα σε όλη τη ζωή ενός οργανισμού. Δεύτερον μπορούν να διαφοροποιούνται σε ώριμα κύτταρα, με χαρακτηριστική μορφολογία και εξειδικευμένη λειτουργία, κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες.

Τα κύτταρα αυτά προέρχονται από τρεις κυρίως πηγές: το έμβρυο, το ομφάλιο λώρο και τον ενήλικα. Τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα (ESCs) είναι πολυδύναμα καθώς είναι ικανά να διαφοροποιηθούν σε πολλούς ιστικούς τύπους. Μόνο το έμβρυο είναι ολοδύναμο. Ο ομφάλιος λώρος είναι πλούσιος σε βλαστοκύτταρα τα οποία ύστερα από την κατάλληλη ταυτοποίηση του αντιγόνου HLA μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θεραπεία πολλών παθήσεων και έχουν σχεδόν τα ίδια χαρακτηριστικά με αυτά των ενηλίκων.

Η διαφοροποίηση των βλαστοκυττάρων του ενήλικα περιορίζεται γενικά στον ιστό στον οποίο βρίσκονται, όπως τα ηπατοκύτταρα στο ήπαρ και τα αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα στο αίμα. Τα κύτταρα αυτά βρίσκονται χαμηλότερα στην ιεραρχία των βλαστικών κυττάρων αλλά η χρήση τους παρουσιάζει λιγότερα ηθικά ζητήματα, καθώς πολλές από τις εφαρμογές τους χρησιμοποιούν αυτόλογα κύτταρα και δεν υπάρχουν προβλήματα ερεθισμού του ανοσοποιητικού συστήματος. Υπάρχουν σήμερα δύο κύριοι τύποι βλαστικών κυττάρων ενήλικα με κλινική δυναμική, τα αιμοποιητικά (HSCs) και τα μεσεγχυματικά (MSCs). Τα HSCs χρησιμοποιούνται ήδη για την αντιμετώπιση της λευχαιμίας, της θαλασσαιμίας και του πολλαπλού μυελώματος. Τα MSCs ανευρίσκονται μετά τη γέννηση στο μή αιμοποιητικό στρώμα του μυελού των οστών το οποίο περιλαμβάνει δικτυοκύτταρα, λιποκύτταρα, λεία μυϊκά κύτταρα, ενδοθηλιακά και οστεογενή κύτταρα και μακροφάγα. Μπορεί επίσης να προέρχονται από το περιόστεο, το λίπος και το δέρμα. Είναι πολυδύναμα κύτταρα ικανά να διαφοροποιηθούν σε χόνδρο, μύες, οστό, τένοντες, συνδέσμους και λίπος.

Τα μεσεγχυματικά κύτταρα έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την ορθοπαιδική διότι μπορούν να διαφοροποιηθούν σε υψηλής ποιότητος οστό και χόνδρο επιδιορθώνοντας ή αναπληρώνοντας ελλειμματικό ιστό, κάτι που μπορεί να συμβεί σε περιπτώσεις οξέως τραυματισμού ή χρόνιας πάθησης όπως είναι η αρθρίτιδα. Η ικανότητα των βλαστικών κυττάρων να μεταφέρουν ή να κινητοποιούν αυξητικούς παράγοντες στην περιοχή της βλάβης επιταχύνει τη διαδικασία επούλωσης και βελτιώνει την ποιότητα του ιστού που προκύπτει από αυτήν.

Ο τρόπος έρευνας, τα αποτελέσματα και οι εφαρμογές

Η έρευνα για τη θεραπευτική εφαρμογή των MSCs γίνεται, είτε χρησιμοποιώντας τα ως προγονικά κύτταρα που εγχέονται απευθείας στους ιστούς, ή ως όχημα μεταφοράς γονιδίων. Στην ορθοπαιδική αθλητιατρική χειρουργική ιδιαίτερης σημασίας είναι η πιθανή εφαρμογή τους σε ελλείμματα χόνδρου, στην αποκατάσταση ρήξεων του προσθίου χιαστού συνδέσμου και περιφερικών ρήξεων μηνίσκων γόνατος και σε αποκατάσταση κακώσεων συνδέσμων η μυών.

Στη γενική ορθοπαιδική μπορεί να έχουν εφαρμογή στην πλήρωση μεγάλων οστικών κενών, στην αναγέννηση μεσοσπονδυλίων δίσκων σπονδυλικής στήλης σε σπονδυλοδεσίες μέσω ενός πορώδους πλαισίου στήριξης, σε κακώσεις νωτιαίου μυελού μέσω πολυπαραγοντικών στρατηγικών επιδιόρθωσης, στην μυϊκή δυστροφία, την ατελή οστεογένεση και πολλές αυτοάνοσες διαταραχές συμπεριλαμβανομένης ομάδας αιματολογικών νόσων και της νεανικής ρευματοειδούς αρθρίτιδας.

Βλαστικά κύτταρα χρησιμοποιούνται ήδη σε εξειδικευμένα κέντρα σε συνδυασμό με "πάστα" χονδροκυττάρων για πλήρωση ελλειμμάτων αρθρικού χόνδρου. Οι τεχνικές κινητοποίησης βλαστικών κυττάρων από το μυελό των οστών μέσω διείσδυσης στο υποχόνδριο οστό (micro fracture) χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά, ανάλογα με την έκταση και τον εντοπισμό της βλάβης. Εργασίες έχουν δείξει ότι τα καλλιεργημένα χονδροκύτταρα και τα MSCs έχουν συγκρίσιμα βελτιωτικά αποτελέσματα στην επούλωση ελλειμμάτων χόνδρου. Μεσεγχυματικά κύτταρα από το περιόστεο μπορούν να χρησιμοποιηθούν γιατί εύκολα "επεκτείνονται" με καλλιέργεια, είναι φαινοτυπικά σταθερά και λειτουργούν ως όχημα μεταφοράς γονιδίων που προάγουν την επιδιόρθωση, διατήρηση και αναβολική μεταβολική διεργασία του αρθρικού χόνδρου.

Βασικός παράγοντας της επιτυχίας μίας χειρουργικής επέμβασης αποκατάστασης ρήξης προσθίου χιαστού συνδέσμου γόνατος είναι η επούλωση του χρησιμοποιούμενου μοσχεύματος από τένοντα στο οστό. Γνωρίζοντας ότι η θέση πρόσφυσης του ΠΧΣ είναι ινοχόνδρινη με τέσσερις διακριτές ζώνες (βασική ουσία συνδέσμου, απομεταλλοποιημένος ινώδης χόνδρος, μεταλλοποιημένος ινώδης χόνδρος και οστό) έχει αποδειχθεί ότι η μεταφορά ενός τενόντιου μοσχεύματος στον οστό, δεν μπορεί να αποκαταστήσει την ανατομία, ούτε τη λειτουργικότητα του συνδέσμου για 6-9 μήνες. Ο Lim και συν. σε προκλινική εργασία σε 48 κουνέλια έδειξαν ότι η εφαρμογή MSCs, στα τενόντια μοσχεύματα, στη κρίσιμη συμβολή τένοντα-οστού καταλήγει σε μια ινοχόνδρινη ζώνη που προσομοιάζει πολύ με εκείνη του φυσιολογικού ΠΧΣ. Στο προσεχές μέλλον αναμένεται ότι η χρήση του MSCs θα παρέχει πιο ισχυρές ανακατασκευές του ΠΧΣ τόσο φυσιολογικά όσο και εμβιομηχανικά.

Είναι γνωστό ότι το περιφερικό τριτημόριο των μηνίσκων του γόνατος είναι σχεδόν ανάγγειο. Ρήξεις στην ζώνη αυτή δεν επιδιορθώνονται αφού η διαδικασία επούλωσης είναι εξαιρετικά περιορισμένη. Η αντιμετώπιση είναι συνήθως μερική μηνισκεκτομή με επακόλουθη ανάπτυξη οστεοαρθρίτιδας. Μελέτες σε ποντίκια και γουρούνια έδειξαν ότι, η μεταμόσχευση μεσεγχυματικών κυττάρων, ωφέλησε την μηνισκική βλάβη στο ανάγγειο τμήμα χάρη στην ικανότητα των MSCs να επιζούν και να πολλαπλασιάζονται στη συγκεκριμένη ζώνη.

Συμπερασματικά

Η χρήση βλαστικών κυττάρων είναι πολλά υποσχόμενη για την αποκατάσταση και αναγέννηση μυοσκελετικών ιστών. Απαραίτητη είναι η παραγωγή επαρκούς αριθμού κυττάρων με σωστό φαινότυπο σε κυτταρικές καλλιέργειες χωρίς τη συμμετοχή ζώων. Αυτό απαιτεί τυποποίηση στη διαφοροποίηση και επέκταση αυτών των κυττάρων (J.H.P.Hui, JBJS Br. 2006). Επιστημονικές ηθικές και δεοντολογικές αμφισβητήσεις σαφώς και υπάρχουν. Η χρήση των βλαστοκυττάρων απαιτεί περαιτέρω αξιολόγηση και μακροχρόνια εκτίμηση των αποτελεσμάτων ισορροπώντας σωστά ανάμεσα στα προσδοκώμενα οφέλη και τους δυνητικούς κινδύνους.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Lee E.H, Hui J.H.P. Η προοπτική της εφαρμογής των βλαστικών κυττάρων στις ορθοπαιδικές χειρουργικές επεμβάσεις. JBJS Br, 1ο Σεπτέμβριος – Οκτώβριος, 2006: 64-77.
Bongso A, Lee EH. Stem cells: their definition, classification and sources. In: Bongso A, Lee EH, eds. Stem cells: from bench to bedside. Singapore: World Scientific Publishing, 2005: 1.
Pittenger MF, Flake AM, Deans RJ. Stem cell culture: mesenchymal stem cells from bone marrow. In: Atala A, Lanza RP, eds. Methods of tissue engineering. San Diego: Academic Press, 2002: 461-9.
Blevins FT, Steadman JR, Rodrigo JJ, Silliman J. Treatment of articular cartilagedefects in athletes: an analysis of functional outcome and lesion appearance. Orthopedics 1998;21:761-7.
Hui JH, Chen F, Thambyah A, Lee EH. Treatment of chondral lesions in advanced osteochondritis dissecans: a comparative study of the efficacy of chondrocytes, mesenchymal stem cells, periosteal graft, and mosaicplasty (osteochondral autograft) in animal models. J Pediatr Orthop 2004; 24:427-33.
Bruder SP, Fink DJ, Caplan AI. Mesencymal stem cells in bone development, bone repair and skeletal regeneration therapy. J Cell Biochem 1994; 56:283-94.
Quarto R, Mastrogiacomo M, Cancedda T, et al. Repair of large bone defects with the use of autologous bone marrow stromal cells. N Engl J Med 2001; 344:385-6.
Brown TD, Fu FH, Hanley EN Jr. Comparative assessment of the early mechanical integrity of repaired tendon achillis ruptures in the rabbit. J Trauma 1981; 21:951-7.
Young RG, Butler DL, Weber W, et al. Use of mesenchymal stem cells in a collagen matrix for Achilles tendon repair. J Orthop Res 1998; 16:406-13.
Hyman J, Rodeo SA. Injury and repair of tendons and ligaments. Phys Med Rehabil Clin N Am 2000; 11:267-88.
Fu FH, Bennett CH, Lattermann C, Ma CB. Current trends in anterior cruciate ligament reconstruction. Part 1: biology and biomechanics of reconstruction. Am J Sports Med 1999; 27:821-30.
Peretti GM, Caruso EM, Randolph MA, Zaleske DJ. Meniscal repair using engineered tissue. J Orthop Res 2001; 19:278-85.
Dutton A, Hui JPP, Lee EH, Goh J. Enhancement of meniscal repair using mesenchymal stem cells in a porcine model. Procs 5th Combined Meeting of the Orthopaedic Research Societies of USA, Canada, Japan & Europe, 2004.