Uplatnění kmenových buněk v ortopedii

Download PDF English version

Authors: Pavel Žák
Authors‘ workplace: IV. interní hematologická klinika LF UK a FN Hradec Králové, přednosta doc. MUDr. Pavel Žák, Ph. D.
Published in: Vnitř Lék 2015; 61(6): 597-598
Category:

Předneseno na mezioborovém sympoziu s postgraduálním zaměřením „Diabetik – společný pacient diabetologa a ortopeda“ 10. října 2014 v Hradci Králové.

Overview

Regenerace kloubní chrupavky je v ortopedii velkým problémem. Regenerační proces v chrupavčité tkáni je výrazně podpořen chondrocyty a zřejmě i mezenchymálními kmenovými buňkami (MSC), a proto byla a je v posledních letech této problematice věnována velká pozornost. V České republice dochází k nárůstu výkonů, při nichž jsou pro terapii osteoartritidy používány MSC získané z tukové tkáně (a-MSC). V této indikaci považuje Česká ortopedická společnost tento postup za „non lege artis“. Přinášíme přehled dosud provedených klinických studií, jejichž úroveň neumožňuje podpořit rutinní léčbu osteoartritidy pomocí a-MSC.

Klíčová slova:
mezenchymální kmenové buňky – osteoartritida

Úvod

Jedním z hlavních problémů v ortopedii je řešení náhrady kloubů, zpomalení degenerativních kloubních procesů nebo podpoření regenerativních dějů v kloubní chrupavce, kostním a svalovém aparátu. Před 40 lety profesor A. J. Friedenstein poprvé izoloval z kostní dřeně mezenchymální kmenové buňky (mesenchymal stem cells – MSC; colony forming unit, fibroblast – CFU-F). Mělo se za to, že MSC se budou vyvíjet tak jako hemopoéza a hemopoetické kmenové buňky (hematopoietic stem cell – HSC) a budou se pod vlivem prostředí diferencovat a zapojovat do funkční tkáně. Je zřejmé, že problematika zapojení MSC do regenerace je ve srovnání s HSC podstatně složitějším procesem. Nicméně počet výkonů, při kterých jsou aplikovány autologní MSC (získané z tukové tkáně) do kloubů, má v České republice stoupající tendenci. Cílem sdělení je shrnout základní informace o MSC a jejich klinickém použití v ortopedii.

Charakteristika kmenové a mezenchymální kmenové buňky (MSC, MSC-like)

Kmenové buňky (stem cell – SC) mají 3 základní vlastnosti: schopnost sebeobnovy (repopulace), plastické diferenciace do jiných tkání a diverzity. Kritéria pro MSC zahrnují schopnost adherence, expresi specifických povrchových antigenů (CD73⁺, CD90⁺, CD105⁺, CD34^-, CD45^-, CD11b^-, CD14^-, CD19^-, CD79^-, HLA DR^-) a schopnost diferenciace do kosti, chrupavky a tukové tkáně. Z pohledu hierarchie zralosti je nezbytné odlišovat totipotentní, pluripotentní, multipotentní a progenitorové (unipotentní) buňky. MSC patří v této úrovni k multipotentním buňkám, které se mohou obnovovat a diferencovat v jednotlivé progenitorové buňky.

Hierarchie a zdroje SC/MSC

Z praktického použití je nezbytné odlišovat skupinu embryonálních kmenových buněk (stem cell – SC) a dospělých SC, z hlediska dárce pak autologní a alogenní MSC. Klasickými zdroji SC pro klinické použití je kostní dřeň a pupečníková krev, méně často může být zdrojem zubní pulpa, amniová tekutina, synoviální tekutina a v experimentu embryonální buňky. Bohatým zdrojem MSC je tuková tkáň, která je v poslední době hlavním zdrojem MSC pro klinické použití v ortopedii. Nicméně je nutné si položit otázku, zda mezenchymální buňky získané z tukové tkáně (adipose MSC – a-MSC) jsou ekvivalentem mezenchymálních buněk z kostní dřeně (bone marrow MSC – bm-MSC) a zda mají stejnou schopnost diferenciace. Provedené práce in vitro ukazují, že potenciál diferenciace do chrupavkové tkáně je signifikantně vyšší u bm-MSC. Ke zvýšení koncentrace MSC je prováděna expanze in vitro obvykle ve 2–5 pasážích. Četnější pasážování vede k poklesu diferenciačního potenciálu a vyšší frekvenci genetických mutací [1].

Efekt SC/MSC

K čemu vede aplikace MSC do kloubů nebo svalově-kostního aparátu? Představa zabudování a náhrady postižené chrupavky aplikovanými MSC nebyla jednoznačně prokázána. Nicméně byly dokumentovány procesy, které vedly k rychlejšímu hojení a novotvorbě chrupavky. MSC nebo součást aplikované směsi (např. plazmy bohaté na destičky) může také vést k výrazné podpoře regeneračních mechanizmů. Byla dokumentována zvýšená produkce růstových faktorů a cytokinů (TGFβ, fibroblasty stimulující faktor – FGF, vaskulární endoteliální růstový faktor – VEGF) a dále deaktivace aktivovaných makrofágů, které vedou k aktivaci degeneračních kloubních změn. Do roku 2014 bylo publikováno více než 4 000 sdělení, která se věnují problematice aplikace MSC v ortopedii. Obvykle jde o aplikace autologních bm-MSC do kolenního kloubu, kyčelního kloubu, do intervertebrálních disků. Většina prací je z pohledu EBM na nízké hladině. Problémem je malý počet pacientů, který neumožňuje statistické hodnocení. Studie obvykle nemají kontrolní skupiny a jen zcela nepatrná část studií je randomizována a případně zaslepená. Cantana et al jsou autory prací zaměřených na aplikaci autologních bm-MSC do kolenního a kyčelního kloubu. Závěry jejich prací byly příznivé při hodnocení zvětšení objemu chrupavky (hodnoceno MRI), zpomalení rozvoje artrózy a snížení intenzity bolesti. Současně nebyl v dlouhodobém sledování doložen průkaz ektopicky rostoucí tkáně nebo častějšího výskytu nádoru [2,3]. Vangsness et al publikovali výsledky randomizované studie, která srovnávala efekt léčby alogenními bm-MSC (ve dvou dávkách MSC) a autologními chondrocyty u pacientů po částečné menisektomii. Ve všech skupinách byla dokumentována regenerace menisku a snížení bolesti. Signifikantní rozdíl v objemu chrupavky menisku byl paradoxně pouze ve skupině s nižší koncentrací bm-MSC. Mezi aplikací chondrocytů a bm-MSC nebyl statisticky významný rozdíl [4]. Peeters et al srovnávali nežádoucí účinky mezi autologními expandovanými MSC a hyalouronovou kyselinou. Ve skupině pacientů s MSC byl lepší bezpečnostní profil [5]. Aktuálně probíhá 38 randomizovaných studií, které se zabývají problematikou MSC a osteoartritidou a terapií předního křížového vazu. K léčbě artrózy MSC se v červnu roku 2014 vyjádřila Česká společnost pro ortopedii, která ve svém prohlášení léčbu artrózy kmenovými buňkami zpochybňuje a označuje ji za postup non lege artis.

Závěr

Prováděné postupy na zvířecích modelech a v humánní medicíně ukazují na možný léčebný potenciál. Pro posouzení účinnosti je nezbytné vyčkat výsledků kvalitně provedených studií. V dalším vývoji lze očekávat posun ve zlepšení technologie při zpracování SC/MSC a použití extracelulární matrix. Závěrem je nutné zdůraznit, že by léčba měla být provázena jen v kontrolovaných klinických studiích.

doc. MUDr. Pavel Žák, Ph.D.

pavel.zak@fnhk.cz

IV. interní hematologická klinika LF UK a FN Hradec Králové

www.fnhk.cz

Doručeno do redakce 5. 1. 2015

Přijato po recenzi 15. 2. 2015

Sources

1. Izadpanath R, Kaushal D, Kriedt C et al. Long-term in vitro expansion alter the biology of adult mesenchymal stem cells. Cancer Res 2008; 68(11): 4229–4238.

2. Centeno CJ, Busse D, Kisiday J et al. Increased knee cartilage volume in degenerative joint disease usány percutaneously implanted autologous mesenchymal stem cells. Pain Physician 2008; 11(3): 343–353.

3. Centeno CJ, Kisiday J, Freeman M et al. Partial regeneration of the human hip via autologous bone marrow nucleated cell transfer. Pain Physician 2006; 9(3): 253–256.

4. Vangsness CT, Farr J, Boyd J et al. Adult human mesenchymal stem cells delivered via intra-articular injection to the knee following partial medial menisectomy. J Bone Point Surg Am 2014; 96(2): 90–98.

5. Peeters CM, Leijs MJ, Reijman M et al. Safety of intra-articular cell-therapy with culture -expanded stem cells in humans: A systematic literature review. Osteoarthritis Cartilage 2013; 21(10): 1465–1473.