Inżynieria tkankowa: zastosowania w stomatologii: masa płytkowa. Cz. I

Marcin Pochwalski¹, Elżbieta Urbanowska², Andrzej Wojtowicz¹

Od wielu lat chirurdzy zadają sobie pytanie: w jaki sposób najlepiej, najszybciej i najskuteczniej zregenerować tkanki uszkodzone w wyniku urazu lub toczącego się w nich procesu zapalnego. Wiadomo, iż regeneracja lub rekonstytucja kształtu i funkcji uszkodzonych tkanek znacznie różni się od reparacji, która najczęściej występuje w procesie naturalnego gojenia się. Pojęcie reparacji oznacza w praktyce odtworzenie ciągłości tkanek bez przywrócenia im zróżnicowania i funkcji – najczęściej dochodzi do wytworzenia blizny łącznotkankowej.

Inżynieria tkankowa jest nową, obiecującą dziedziną biologii rekonstrukcyjnej, która wykorzystuje wczesne osiągnięcia medycyny i chirurgii, biologii komórki i biologii molekularnej, chemii polimerów oraz fizjologii. Termin „inżynieria tkankowa” w znaczeniu regeneracji tkanek jest używany wymiennie z terminem „biomimetyka”, który oznacza rekonstrukcję tkanek na wzór procesów embrionalnych – jest powtórzeniem tworzenia się i ich różnicowania tak jak w embriogenezie. Inżynieria tkankowa wykorzystuje często syntetyczne biopolimery, które są stopniowo resorbowane w ustroju i zastępowane, również stopniowo tkankami naturalnie, fizjologicznie występującymi. Dużą rolę w tym procesie odbywają czynniki wzrostowe i białka morfogenetyczne kości (bone morphogenetic proteins) BMPs, które sterują kolejnością procesów tworzenia i różnicowania się tkanek.

Termin „inżynieria tkankowa” pochodzi z laboratoriów, w których skonstruowano systemy biologiczne zawierające: 1) syntetyczną, lub naturalną, lecz procesowaną macierz tkankową, 2) żywe komórki, i 3) mediatory (np. cytokiny, czynniki wzrostowe, czynniki przylegania komórek). Tak skonstruowany system wszczepiony w uszkodzone miejsce organizmu ułatwia procesy regenerujące tkanki. Powyższa „triada” inżynierii tkankowej została zaproponowana przez Marxa i następnie Lyncha w ostatnich latach (19, 20, 21, 22,). Wykorzystanie rekombinowanych czynników wzrostowych np. ludzkich rekombinowanych białek morfogenetycznych - (human recombinant bone morphogenic proteins) hr BMPs winno być poprzedzone licznymi i wszechstronnymi badaniami in vitro i na zwierzętach, zwłaszcza, iż stwierdzono ich aktywujące działanie w proliferacji komórek stransformowanych in vitro. Efekty działania czystych czynników wzrostowych mogą okazać się nieprzewidywalne, stąd zalecana szczególna ostrożność w ich stosowaniu, zanim nie zostaną one dokładnie przebadane i dopóki nie będą ustalone bezpieczne dawki terapeutyczne oraz sposoby ich aplikacji.

Alternatywna w stosunku do wykorzystywania BMPs, „bezpieczna metoda”, zaproponowana przez Marxa i wsp. oraz Lyncha, zakłada wykorzystanie autogennej masy płytkowej do wytworzenia żelu płytkowego (21,19). Płytki są izolowane i zagęszczane z krwi pacjenta na drodze tromboforezy. Naturalną macierzą biologiczną i nośnikiem dla płytek jest obecna w osoczu fibryna, ulegająca konsolidacji w procesie krzepnięcia oraz obecne cząsteczki adhezyjne: adhezyny, integryny warunkujące przyleganie komórek.

Czynniki wzrostowe obecne w płytkach krwi

Specyficzne badania nad osoczem bogatym w płytki krwi (platelet-rich plasma) – PRP, pozwoliły zidentyfikować co najmniej 3 ważne czynniki wzrostu występujące w ziarnistościach alfa trombocytów: PDGF (wydzielany przez płytki czynnik wzrostu), TGF β1, TGF β2 (transformujący czynnik wzrostu β1 i β2). Dodatkowo inne badania udokumentowały obecność w płytkach insulinopodobnego czynnika GF-I (IGF-I) .

PDGF – wydzielany przez płytki czynnik wzrostu (platelet derived growth factor)

PDGF jest glikoproteiną o masie cząsteczkowej co najmniej 30 kd - wytwarzaną przede wszystkim w płytkach, ale także syntetyzowaną i wydzielaną przez inne komórki jak makrofagi i komórki śródbłonka (1, 29). PDGF jest złożony z dwóch łańcuchów (heterodimerów), nazywanych łańcuchami A i B o podobnej wielkości i masie molekularnej. Homodimery A-A i B-B są również obecne w trombocytach i wywołują takie same efekty w regeneracji kości. Dzięki obecności płytek w skrzepie krwi, PDGF jest pierwszym czynnikiem wzrostu w ranie, stymulującym rewaskularyzację, syntezę kolagenu i regenerację kości. Ponadto, bierze on udział w większości procesów gojenia dzięki podwójnej roli płytek będących nie tylko rezerwuarem czynników wzrostu, ale także uczestniczących w procesie powstawania skrzepu.

Ta podwójna rola trombocytów jest częścią złożonego mechanizmu odpowiedzialnego za przetrwanie żywego organizmu i zwiększenie szansy przeżycia jednostki. PDGF pozytywnie wpływa na proces gojenia rany poprzez:

1. mitogenezę (zwiększenie liczby komórek naprawczych),

2. angiogenezę (wspomaganie rozwoju nowych naczyń kapilarnych),

3. regulację działania innych czynników wzrostu i komórek (promowanie funkcji fibro- i osteoblastów, różnicowanie komórek, przyspieszenie efektów działania GF na inne komórki np. makrofagi).

PDGF występuje w ziarnistościach płytek krwi. Jedno z najwyższych stężeń PDGF i TGF β wynoszące ok. 50 ng/mL stwierdzono właśnie w trombocytach. Wykazano, że co najmniej 0,06 ng PDGF występuje na milion płytek (2, 4, 15, 28), co daje 6 x 10^–17 g PDGF, w pojedynczej płytce. Wartości te wskazują na możliwość wspomagania gojenia ran i regeneracji kości poprzez zagęszczenie płytek w ranie np. przez zastosowanie PRP (osocza bogatego w płytki). Efekty działania występują wtedy, gdy molekuła PDGF połączy się ze swoistym receptorem na błonie komórkowej (23). Aktywuje to ekspresję genów odpowiedzialnych za mitozę, angiogenezę i pobudzenie makrofagów, które oczyszczają rany. Spontaniczne uszkodzenie alfa receptorów dla PDGF powoduje znaczne zaburzenia w embriogenezie, między innymi, kości czaszki twarzowej i kręgosłupa, co potwierdza rolę PDGF w embriogenezie szkieletu. Natomiast zastosowanie PDGF i TGF β w miejscu uszkodzeń tkankowych stymuluje gojenie się kości, ozębnej i skóry (12, 25).

TGF β – transformujący czynnik wzrostu β (transforming growth factor)

TGF-β to termin przyjęty dla nadrodziny czynników wzrostu i różnicowania, wśród których znajdują się także BMPs. Wśród TGF-β obecnych w PRP stwierdzono TGF β1 i β2, które są podstawowymi czynnikami wzrostu i różnicowania zaangażowanymi w gojenie tkanki łącznej i regenerację kości (8, 27).

TGF β1 i β2 są glikoproteinami o masie cząsteczkowej zbliżonej do 25 kd. Podobnie jak PDGF są one produkowane przez trombocyty, ale spotyka się je również w makrofagach, osteoblastach i innych komórkach.

TGF β1 i β2 uwolnione przez degranulację płytek lub aktywnie wydzielane przez makrofagi działają jako parakrynny czynnik wzrostu (tzn. czynnik wzrostu wydzielany przez jedną komórkę wywołuje wpływ na sąsiednią komórkę) (23) na fibroblasty, niezróżnicowane komórki szpiku, preosteoblasty. Ponadto, każda z tych docelowych komórek również ma zdolność do syntezy i wydzielania własnego TGF β, który działa para- i autokrynnie (tzn. bezpośrednio na komórkę go wydzielającą). W związku z tym TGF β staje się czynnikiem wzrostu, który nie tylko inicjuje regenerację kości, ale może również podtrzymywać długotrwałe gojenie i regenerację kości, w tym również przebudowę dojrzewającego przeszczepu kości.

Jednak najważni

To jest tylko fragment artykułu. Aby przeczytać całość, przejdź do Czytelni medycznej.