مروری بر رویکردهای رایج در مهندسی بافت استئوکندرال و چالشهای پیش رو

نوع مقاله : مروری تحلیلی

نویسندگان

گروه بیوتکنولوژی، دانشکدگان علوم، دانشگاه تهران

چکیده
وقوع حوادث مختلف از جمله تصادفات، آسیب و جراحات وارده طی فعالیت های ورزشی و نیز بروز برخی از بیماریها میتوانند منجر به تحلیل و از بین رفتن بافت استئوکندرال شده و مشکلات عدیده ای در سلامت و کیفیت زندگی بیمار ایجاد کنند، بنابراین کنترل و ترمیم این ضایعات یکی از چالشهای مهم در حوزه پزشکی بازساختی به شمار میرود. از آنجائیکه نقص های استئوکندرال هم آسیب به غضروف مفصلی و هم استخوان تحت غضروفی زیرین آن را شامل میشود، برای ترمیم نیز باید نیاز بخشهای استخوانی، غضروفی و بخش حدفاصل میان استخوان و غضروف در نظر گرفته شود. درمانهای بالینی فعلی بیشتر تسکینی بوده و جنبه درمانی کمتری دارند. از این رو، به دلیل محدودیت های روشهای درمانی موجود طی دهه گذشته استفاده از مهندسی بافت به عنوان یک روش درمانی کارآمد و کم خطر برای درمان بسیاری از بیماریها خصوصا ضایعات استخوانی-غضروفی مطرح شده است. در این روش میتوان با پیوند بافتهای کامپوزیت استئوکندرال که از طریق ترکیب سلولهای خود بیمار با بیومتریالهای متخلخل سه بعدی با شکل و اندازه از پیش تعیین شده بدست آمده اند، برخی از محدودیت های روش های پیشین را برطرف نمود. تا کنون استراتژی های متنوعی برای ساخت داربست به منظور ترمیم نقص های استئوکندرال به کار گرفته شده است که از جمله آنها میتوان به داربست های تک فاز، چند لایه و مدرج شده اشاره کرد. در این مطالعه برخی استراتژیهای رایج در مهندسی بافت و همچنین چالش های پیش رو به طور خلاصه مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1. Swieszkowski, W., et al., Repair and regeneration of osteochondral defects in the articular joints. Biomolecular engineering, 2007. 24(5): p. 489-495.
2. Li, Z., et al., 3D-printed scaffolds with calcified layer for osteochondral tissue engineering. Journal of bioscience and bioengineering, 2018. 126(3): p. 389-396.
3. Yousefi, A.M., et al., Current strategies in multiphasic scaffold design for osteochondral tissue engineering: a review. Journal of biomedical materials research Part A, 2015. 103(7): p. 2460-2481.
4. Temenoff, J.S. and A.G. Mikos, Tissue engineering for regeneration of articular cartilage. Biomaterials, 2000. 21(5): p. 431-440.
5. Huey, D.J., J.C. Hu, and K.A. Athanasiou, Unlike bone, cartilage regeneration remains elusive. Science, 2012. 338(6109): p. 917-921.
6. Chen, H., et al., Drilling and microfracture lead to different bone structure and necrosis during bone‐marrow stimulation for cartilage repair. Journal of Orthopaedic Research, 2009. 27(11): p. 1432-1438.
7. Kul Babur, B., et al., The rapid manufacture of uniform composite multicellular-biomaterial micropellets, their assembly into macroscopic organized tissues, and potential applications in cartilage tissue engineering. PloS one, 2015. 10(5): p. e0122250.
8. Felson, D.T., et al., Osteoarthritis: new insights. Part 1: the disease and its risk factors. Annals of internal medicine, 2000. 133(8): p. 635-646.
9. Yang, J., et al., Cell-laden hydrogels for osteochondral and cartilage tissue engineering. Acta biomaterialia, 2017. 57: p. 1-25.
10. Makris, E.A., et al., Repair and tissue engineering techniques for articular cartilage. Nature Reviews Rheumatology, 2015. 11(1): p. 21-34.
11. Kalson, N.S., P.D. Gikas, and T.W. Briggs, Current strategies for knee cartilage repair. International journal of clinical practice, 2010. 64(10): p. 1444-1452.
12. Mella, C., A. Nuñez, and I. Villalón, Treatment of acetabular chondral lesions with microfracture technique. SICOT-J, 2017. 3.
13. Brittberg, M., et al., Cartilage repair in the degenerative ageing knee: a narrative review and analysis. Acta orthopaedica, 2016. 87(sup363): p. 26-38.
14. Panseri, S., et al., Osteochondral tissue engineering approaches for articular cartilage and subchondral bone regeneration. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy, 2012. 20(6): p. 1182-1191.
15. Zhang, B., J. Huang, and R.J. Narayan, Gradient scaffolds for osteochondral tissue engineering and regeneration. Journal of Materials Chemistry B, 2020. 8(36): p. 8149-8170.
16. Nooeaid, P., et al., Osteochondral tissue engineering: scaffolds, stem cells and applications. Journal of cellular and molecular medicine, 2012. 16(10): p. 2247-2270.
17. Minas, T., A primer in cartilage repair. The Journal of bone and joint surgery. British volume, 2012. 94(11_Supple_A): p. 141-146.
18. Huselstein, C., Y. Li, and X. He, Mesenchymal stem cells for cartilage engineering. Bio-medical materials and engineering, 2012. 22(1-3): p. 69-80.
19. Cavallo, C., et al., Chondrogenic differentiation of bone marrow concentrate grown onto a hylauronan scaffold: rationale for its use in the treatment of cartilage lesions. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2013. 101(6): p. 1559-1570.
20. Oliveira, H.L., et al., Histological evaluation of bone repair with hydroxyapatite: a systematic review. Calcified tissue international, 2017. 101(4): p. 341-354.
21. Roseti, L., et al., Scaffolds for bone tissue engineering: state of the art and new perspectives. Materials Science and Engineering: C, 2017. 78: p. 1246-1262.
22. Sheikh, Z., et al., Natural graft tissues and synthetic biomaterials for periodontal and alveolar bone reconstructive applications: a review. Biomaterials research, 2017. 21(1): p. 1-20.
23. Bauermeister, A.J., A. Zuriarrain, and M.I. Newman, Three-dimensional printing in plastic and reconstructive surgery: a systematic review. Annals of plastic surgery, 2016. 77(5): p. 569-576.
24. Dai Prè, E., G. Conti, and A. Sbarbati, Hyaluronic acid (HA) scaffolds and multipotent stromal cells (MSCs) in regenerative medicine. Stem cell reviews and reports, 2016. 12(6): p. 664-681.
25. Barr, A.J., et al., The relationship between three-dimensional knee MRI bone shape and total knee replacement—a case control study: data from the Osteoarthritis Initiative. Rheumatology, 2016. 55(9): p. 1585-1593.
26. van der Woude, J.-T.A., et al., Five-year follow-up of knee joint distraction: clinical benefit and cartilaginous tissue repair in an open uncontrolled prospective study. Cartilage, 2017. 8(3): p. 263-271.
27. Ramezanifard, R. and M. Kabiri, Effects of platelet rich plasma and chondrocyte co-culture on MSC chondrogenesis, hypertrophy and pathological responses. EXCLI journal, 2017. 16: p. 1031.
28. Tat, S.K., et al., Strontium ranelate inhibits key factors affecting bone remodeling in human osteoarthritic subchondral bone osteoblasts. Bone, 2011. 49(3): p. 559-567.
29. Solheim, E., Growth factors in bone. International orthopaedics, 1998. 22(6): p. 410-416.
30. Wu, K., et al., Induction of osteogenic differentiation of stem cells via a lyophilized microRNA reverse transfection formulation on a tissue culture plate. International journal of nanomedicine, 2013. 8: p. 1595.
31. Itoh, T., et al., Expression of BMP-2 and Ets1 in BMP-2-stimulated mouse pre-osteoblast differentiation is regulated by microRNA-370. FEBS letters, 2012. 586(12): p. 1693-1701.
32. Collins, M.N., et al., Scaffold fabrication technologies and structure/function properties in bone tissue engineering. Advanced Functional Materials, 2021. 31(21): p. 2010609.
33. Ji, W., et al., Bioactive electrospun scaffolds delivering growth factors and genes for tissue engineering applications. Pharmaceutical research, 2011. 28(6): p. 1259-1272.
34. Foong, C.Y. and N. Sultana, Fabrication of layer-by-layer electrospun composite membranes based on polylactic acid (PLA) and poly (caprolactone)(PCL)/Chitosan. ARPN J. Eng. Appl. Sci, 2015. 10: p. 9408-9413.
35. Eltom, A., G. Zhong, and A. Muhammad, Scaffold techniques and designs in tissue engineering functions and purposes: a review. Advances in Materials Science and Engineering, 2019. 2019.
36. Cheng, L., et al., 3D printing of micro-and nanoscale bone substitutes: A review on technical and translational perspectives. International Journal of Nanomedicine, 2021. 16: p. 4289.
37. Aramwit, P., et al., A green salt‐leaching technique to produce sericin/PVA/glycerin scaffolds with distinguished characteristics for wound‐dressing applications. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, 2015. 103(4): p. 915-924.
38. Seunarine, K., et al., 3D polymer scaffolds for tissue engineering. 2006.