初めて、生体工学で作られた椎間板が正常に移植され、この方向でこれまでに使用された最大の動物モデルで長期的な機能が提供されました。Science Translational Medicineに発表された新しいPenn Medicineの研究は、首と背中の痛みに苦しんでいる患者の細胞を使用して、実験室で新しい椎間板を設計し、損傷した椎間板を置き換えることができるという強力な証拠を示しています。 ヤギで行われたこの研究は、ペンシルベニア大学医学部、工学応用科学部、獣医学部の学際的チームによって実施されました。
頭の回転や靴ひもを結ぶなどの運動では、脊椎の軟組織である椎間板が必要です。 しかし、米国の成人人口の約半数が背中や首の痛みに苦しんでおり、それらの治療とケアは社会に深刻な経済的負担をかけています-年間約1,950億ドル。 椎間板の破壊は多くの場合この痛みと関連していますが、破壊の主な原因はあまり理解されていません。 脊椎手術や機械的置換インプラントを含む最新のアプローチは対症療法を提供しますが、ネイティブの椎間板の構造、機能、および可動域を回復せず、しばしば有効性が制限されます。 したがって、新しい治療法の要求があります。
組織工学には大きな期待が寄せられています。 患者または動物自身の幹細胞を実験室で生体材料の足場と組み合わせて、複雑な構造を構築し、その後、交換ディスクとして脊椎に移植します。 ペン研究チームは過去15年間、組織工学を使用して生体工学ディスクを開発し、in vitroの基本的な研究から小動物モデルおよび大動物モデルに移行し、人間の試験に焦点を当てています。「これは重要なステップです。実験室でこのような大きな円盤を成長させ、円盤空間に置き、それを周囲の自然組織と統合させる。 これは非常に有望です。 「現在の治療法は椎間板を実際に修復するものではないため、この開発されたインプラントで生物学的、機能的な方法で置換し、全可動域を回復することを願っています。」
チームによる過去の研究では、5週間にわたってラットの尾に、ディスクのようなアングルプライ構造（DAPS）として知られるバイオエンジニアリングディスクの統合が成功しました。 この最新の研究では、ラットでのこの期間が20週間に延長されましたが、終板修飾DAPSまたはeDAPSとして知られる更新された椎間板で、ネイティブの脊髄分節の構造を模倣しています。 エンドプレートの追加は、エンジニアリング構造を維持し、天然組織への統合を促進しました。
MRIは、組織学的、機械的および生化学的分析とともに、ラットモデルにおいてeDAPSがネイティブディスクの構造、生物学および機械的機能を回復することを示しました。 この成功に基づいて、研究者らはヤギの頸椎にeDAPSを移植しました。 彼らは、その頸椎椎間板の寸法が人間のものと類似しており、ヤギが半立像を持っているため、ヤギを選択しました。研究者は、子宮頸部ヤギでの完全な椎間板置換の成功を示しています。 1か月後、マトリックスの分布はeDAPSの一部として維持または改善されました。 また、MRIの結果は、8週間後に椎間板の組成が維持または改善されたこと、および機械的特性が天然のヤギの椎間板の特性と一致またはそれを超えたことを示唆しています。
「ラットの尾から人間サイズのインプラントになったことは素晴らしいことだと思います」と、Perelman School of Medicineの整形外科および脳神経外科の助教授であるHarvey E. Smith医学博士は述べています。 CMC VAMCの常勤外科医、上級研究員、臨床研究監督者。 「機械装置に関する文献の成功を見ると、楽観論には非常に正当な理由があり、バイオエンジニアリングディスクでそれを超えなければ同じ成功を達成できると信じています。」
研究チームは、この作業の成功を、このプロジェクトに関与したさまざまな部門や学校の多くの専門家が住んでいるペンで最初から使用していた学際的かつ翻訳的なアプローチと関連付けています。「基礎研究から臨床医まで、ペンが屋根の下に持っているすべての異なる方向を使用しました。 この研究の著者、トーマス・P・シェール、VMDのディレクター、ペンシルベニア州ニューボルトン大学獣医学部のトランスレーショナル整形外科研究および前臨床研究のディレクターは、この研究および他の研究に使用できる素晴らしいネットワークを持っています。センター 「すべての学術機関がこのような共同エコシステムを持っているわけではなく、この調査を開始してから長期にわたってサポートしてくれたとき、私たちにとって大きな利点でした。」
チームには、最初の著者である整形外科外科ペン医学部の研究者であるサラグルブランドと、元研究者であるペン・アンド・ドーンM.エリオットの脳神経外科整形外科のメンバーであるラクランスミスのマイケルクレセンツVAメディカルセンターのトランスレーショナル筋骨格研究センターの研究者も含まれています。ペナ、現在デラウェア大学の生物医学工学部長。
次のステップは、ヤギモデルでeDAPS機能の長期テストを実施することであり、著者は、人間の椎間板の破壊をシミュレートし、このコンテキストで生体工学ディスクがどのように機能するかをテストすることです。
「自分の細胞で構成された生体組織を移植することをお勧めします」とスミス氏は言いました。 「内部人工装具における実際の組織置換インプラントの使用-整形外科ではまだこれを行っていません。 これは、脊椎疾患の治療方法と関節の再建方法のパラダイムシフトになると信じています。」