لأول مرة ، تم بنجاح زراعة الأقراص الفقرية ذات الهندسة الحيوية وتوفير وظيفة طويلة المدى في أكبر نموذج حيواني يستخدم في هذا الاتجاه.
أظهرت دراسة جديدة لطب Penn Penn ونشرتها مجلة Science Translational Medicine دليلاً قوياً على أن خلايا المرضى الذين يعانون من آلام الرقبة والظهر يمكن استخدامها لهندسة قرص فقري جديد في المختبر لاستبدال قرص تالف. أجريت الدراسة على الماعز من قبل فريق متعدد التخصصات في قسم الطب وكلية الهندسة والعلوم التطبيقية وكلية الطب البيطري في جامعة بنسلفانيا.
هناك حاجة إلى الأنسجة الرخوة في العمود الفقري وأقراص الفقرية في حركات مثل قلب الرأس أو ربط أربطة الحذاء. لكن ما يقرب من نصف السكان البالغين في الولايات المتحدة يعانون من آلام الظهر أو الرقبة ، وعلاجهم ورعايتهم يشكلون عبئًا اقتصاديًا خطيرًا على المجتمع - حوالي 195 مليار دولار سنويًا. على الرغم من أن تدمير القرص بين الفقرات يرتبط غالبًا بهذا الألم ، إلا أن الأسباب الرئيسية لتدميره تظل أقل فهمًا. توفر الأساليب الحديثة ، بما في ذلك جراحة العمود الفقري وزرع البدائل الميكانيكية ، علاجًا للأعراض ، لكنها لا تستعيد بنية القرص الأصلي ووظيفته ونطاق حركته ، وغالبًا ما تكون فعاليتها محدودة. وبالتالي ، هناك طلب لعلاجات جديدة.
هندسة الأنسجة لديها وعد كبير. إنه يشتمل على الجمع بين الخلايا الجذعية للمريض أو الحيوان مع سقالات المواد الحيوية في المختبر لبناء بنية معقدة يتم غرسها بعد ذلك في العمود الفقري كقرص بديل. على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ، طوّر فريق أبحاث Penn قرصًا هندسيًا حيويًا باستخدام هندسة الأنسجة ، وانتقل من البحوث الأساسية في المختبر إلى النماذج الحيوانية الصغيرة والنماذج الحيوانية الأكبر ، مع التركيز على التجارب البشرية.
هذه خطوة مهمة: تطوير مثل هذا القرص الكبير في المختبر ، ووضعه في مساحة القرص ، ثم جعله يتكامل مع الأنسجة الأصلية المحيطة. قال روبرت ل. موك ، أستاذ التعليم والبحوث في جراحة العظام في كلية بيرلمان الطبية في ولاية بنسلفانيا ، وكذلك باحث في المركز الطبي كوربورال مايكل كريسينز فرجينيا (CMC VAMC) في فيلادلفيا والمؤلف الرئيسي للنشر: هذا أمر واعد للغاية. "لا تقوم العلاجات الحالية بإصلاح القرص فعليًا ، لذلك نأمل في هذا الزرع المتقدم استبداله بطريقة بيولوجية وظيفية واستعادة مجموعة كاملة من الحركة."
أظهرت الأبحاث السابقة التي أجراها الفريق بنجاح تكامل أقراص الهندسة الحيوية الخاصة بها ، والمعروفة باسم هياكل رقائق الزاوية الشبيهة بالقرص (DAPS) ، في ذيول الفئران لمدة خمسة أسابيع. مددت هذه الدراسة الأخيرة هذه الفترة في الفئران إلى 20 أسبوعًا - ولكن مع الأقراص المحدثة المعروفة باسم DAPS المعدلة للوحة الطرفية أو eDAPS لتقليد بنية الجزء الشوكي الأصلي. ساعدت إضافة اللوحات النهائية في الحفاظ على الهيكل الهندسي وتسهيل اندماجه في الأنسجة الأصلية.
أظهر التصوير بالرنين المغناطيسي ، بالإضافة إلى التحليل النسيجي والميكانيكي والكيميائي الحيوي ، أن eDAPS أعادت هيكلة القرص الأصلي والبيولوجيا والوظيفة الميكانيكية في نموذج الفئران. بناءً على هذا النجاح ، قام الباحثون بعد ذلك بزرع eDAPS في العمود الفقري العنقي للماعز. لقد اختاروا عنزة لأن أبعاد قرصه الفقري العنقي تشبه تلك الموجودة في الإنسان ، وللماعز شكل شبه دائم.
وقد أظهر الباحثون استبدال القرص الناجح الكامل في عنزة عنق الرحم. بعد شهر ، تم الحفاظ على توزيع المصفوفة أو تحسينه كجزء من eDAPS. تشير نتائج التصوير بالرنين المغناطيسي أيضًا إلى أن تكوين القرص قد تم الحفاظ عليه أو تحسينه بعد ثمانية أسابيع ، وأن الخواص الميكانيكية إما تقابل أو تتجاوز خصائص قرص الماعز الأصلي.
وقال هارفي سميث ، أستاذ مساعد في جراحة العظام وجراحة الأعصاب في كلية بيرلمان للطب: "أعتقد أنه من الرائع أننا انتقلنا من ذيل الفئران إلى زراعة الحجم البشري". وجراح بدوام كامل في CMC VAMC ، وكذلك زميل أبحاث كبير ومشرف أبحاث سريرية. "عندما تنظر إلى النجاح في الأدب على الأجهزة الميكانيكية ، أعتقد أن هناك سببًا جيدًا للغاية للتفاؤل ، وهو أنه يمكننا تحقيق نفس النجاح إذا لم نتفوق عليه مع أقراص الهندسة الحيوية."
يربط فريق البحث بنجاح هذا العمل مع النهج متعدد التخصصات والترجمة الذي استخدموه منذ البداية في ولاية بنسلفانيا ، حيث يعيش العديد من الخبراء من مختلف الإدارات والمدارس التي شاركت في هذا المشروع.
"لقد استخدمنا كل الاتجاهات المختلفة التي لدى بن تحت سطحه ، من البحوث الأساسية إلى الأطباء. قال مؤلف الدراسة توماس ب. شاير ، مدير VMD ، مدير أبحاث العظام التقويمية والدراسات قبل السريرية في كلية الطب البيطري بجامعة بولتون الجديدة ، ولاية بنسلفانيا: لدينا شبكة مدهشة يمكن استخدامها في هذا البحث وغيرها. المركز "ليست كل مؤسسة أكاديمية لديها مثل هذا النظام البيئي المشترك الذي كان ميزة كبيرة بالنسبة لنا عندما بدأنا هذه الدراسة ثم دعمتها مع مرور الوقت."
ويضم الفريق أيضًا أول مؤلف ، سارة جولبراند ، باحثة في قسم جراحة العظام في الطب البيني ومركز أبحاث الحركات العضلية الهيكلية في المركز الطبي العريف مايكل كريسينز في إيه ، لاكلان سميث ، عضو في قسم جراحة المخ والأعصاب في بن ودون م. إليوت. بينا ، حاليًا رئيس قسم الهندسة الطبية الحيوية بجامعة ديلاوير.
وقال المؤلفون إن الخطوة التالية ستكون إجراء اختبارات على المدى الطويل لوظيفة eDAPS في نموذج الماعز ، وكذلك تصميم نماذج تدمير الأقراص الفقرية في البشر واختبار كيفية عمل أقراص الهندسة الحيوية الخاصة بهم في هذا السياق.
وقال سميث: "من المستحسن زرع أنسجة بيولوجية مكونة من خلاياك الخاصة". "استخدام زرع حقيقي لاستبدال الأنسجة في الأطراف الاصطناعية - لم نقم بذلك في جراحة العظام بعد. أعتقد أن هذا سيكون نقلة نوعية في كيفية تعاملنا مع أمراض العمود الفقري وكيفية إعادة بناء المفاصل. "