پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

هم‌کشتی سلول‌های استرومال مغز استخوان به همراه استئوسیت‌ها به صورت اسفروئید، بافت استخوانی حلقه ای شکل را فراهم می‌آورد که بازسازی استخوان آلوئولار را بهبود می‌بخشد.

نقایص استخوان دهان‌، فک و صورت به شدت ظاهر و عملکرد را مختل کرده و متریال‌های زیست فعال به منظور بازسازی استخوان به طور ضروری مورد نیاز هستند. یک نقص استخوانی با اندازه بحرانی به طور خودبه‌خود بهبود نمی‌یابد و به جراحی بازسازی نیاز دارد، بنابراین جایگزین‌های استخوان همچنان یک نیاز ضروری هستند. منابع اصلی پیوند استخوان به منظور کاربرد بالینی شامل پیوند استخوان اتولوگ، پیوند استخوان آلوژنیک یا هترولوگ و سازه مهندسی بافت شده می‌باشند. پیوند استخوانی اتوژن به طور گسترده به عنوان "استاندارد طلایی" در نظر گرفته می‌شود ، اما قابلیت دسترسی به بافت و احتمال وقوع عارضه در ناحیه اهدا کننده بافت، این رویکرد را محدود می‌کند.  آلوگرافت ها و زنوگرافت ها دارای محدودیت های آشکاری هستند، از جمله رد ایمونولوژیک، خطر عفونت و فقدان پتانسیل القای استخوان‌سازی و رگ‌زایی.

بنابراین، مهندسی بافت به عنوان یک رویکرد مورد توجه و جایگزین برای بازسازی استخوان پدید آمده است. این روش تولید جایگزین‌های بیولوژیکی و زنده را برای بافت آسیب دیده به منظور بازسازی ، حفظ یا بهبود عملکرد بافت ، هدف قرار می‌دهد. بیومتریال‌ها برای بازسازی استخوان از مواد بی اثری ساخته شده اند که نمی توانند با بافت فیزیولوژیکی تعامل داشته باشند، اما بازآیش های فعلی شامل مواد زیست فعالی می باشند که می‌توانند استئوبلاست ها را تحریک کنند. بیومتریال ها به طور ایده آل باید قادر به پیشبرد تمایز استخوانی در شرایط برون‌تنی و شکل‌گیری استخوان در شرایط درون‌تنی باشند.

سیستم های کشت سلول سه بعدی به دلیل مزایای آشکار آن در ارائه اطلاعات تکامل یافته‌تر در مورد فیزیولوژی بافت، به طور فزاینده ای در این زمینه مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از روش‌های سه بعدی نوید بخش، سیستم کشت اسفروئید است که تعامل سلول- ماتریکس خارج سلولی و سلول-سلول را تسهیل کرده و یک محیط فیزیکوشیمیایی مشابه شرایط درون تنی را فراهم می‌کند. گزارش شده است که سلول های کشت شده به صورت اسفروئید بقای سلولی، بنیادینگی و قدرت تمایز چندگانه بهبود یافته ای دارند، همچنین پاسخ های ضد التهابی و رگ‌زایی و شکل گیری استخوان را در شرایط درون تنی افزایش می‌دهند.

انتخاب بذر سلولی در بازسازی استخوان مهم است. سلول های بنیادی مزانشیمی در مغز استخوان، خون بند ناف و بافت چربی توانایی قابل توجهی در بازسازی بافت استخوانی دارند. در میان این گزینه ها، سلول های استرومایی مغز استخوان (BMSCs) به عنوان یک منبع بذر سلولی ایده آل پیشنهاد شده‌اند. BMSCها می‌توانند به دودمان استخوانی تمایز یابند و بافت های شبه استخوانی را هم در داخل بدن و هم در شرایط آزمایشگاهی تشکیل دهند و در درمان بالینی استئونکروز، آرتروپلاستی کامل مفصل و ترمیم نقص غضروف استفاده می‌شوند.

بسیاری از انواع سلول‌ها در بافت استخوانی، از جمله استئوسیت‌ها، استئوبلاست‌ها و فیبروبلاست‌ها، می‌توانند ECM ترشح کنند تا یک شبکه فیبری طبیعی و منظم را تشکیل دهند که یک ریزمحیط تخصصی را به منظور مهندسی بافت فراهم می‌کند. در میان این گزینه‌ها، استئوسیت‌ها فراوان‌ترین نوع سلول در استخوان و سازمان دهندگان اصلی فیزیولوژی استخوان و هموستاز هستند. استئوسیت ها بیش از استئوبلاست ها در تحریک استخوان سازی در BMSC ها تأثیر گذارند. هم کشتی BMSC ها به همراه استئوسیت ها می‌تواند تمایز استخوانی را به منظور بازسازی استخوان افزایش دهد.

در مطالعه صورت پذیرفته توسط محققان، بافت شبه استخوانی با ساختار داخلی و ترکیب معدنی مشابه استخوان ران موش از طریق هم‌کشتی سلول‌های BMSC و MLO-Y4 به صورت اسفروئید تشکیل شد . کاشت این بافت در حفرات ایجاد شده در پی کشیدن دندان موش نشان داد که می‌تواند به شکل‌گیری و بلوغ استخوان کمک کرده و در نتیجه بازسازی استخوان آلوئولار را تسریع بخشد. یافته‌های محققان به پتانسیل ساخت بافت‌ شبه استخوانی در شرایط برون‌تنی به منظور شبیه سازی استخوان در داخل بدن اشاره می‌کند و راه را برای توسعه مواد زیست فعال جدید و استراتژی‌های درمانی برای مهندسی بافت استخوان باز می‌کند.

منبع :

Zhou, YH., Guo, Y., Zhu, JY. et al. Spheroid co-culture of BMSCs with osteocytes yields ring-shaped bone-like tissue that enhances alveolar bone regeneration. Sci Rep 12, 14636 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18675-x