KONDROSİT KONDROSİT İMPLANTASYONU’NUN İMPLANTASYONU’NUN

TEMELLERİTEMELLERİDr. Tahsin BEYZADEOĞLUDr. Tahsin BEYZADEOĞLU

Yeditepe Üniversitesi Tıp FakültesiYeditepe Üniversitesi Tıp FakültesiOrtopedi ve Travmatoloji ADOrtopedi ve Travmatoloji AD

ANKARA ÜNİVERSİTESİ ORTOPEDİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ ORTOPEDİ GÜNLERİGÜNLERİ

10-11 Ekim 200810-11 Ekim 2008

GÜNCEL SORUNGÜNCEL SORUN• Eklem kıkırdak yaralanmaları oldukça sık olarak görülmektedir

ve mevcut tedavi yöntemlerinin uzun dönem sonuçları, yeteri

kadar iyi değildir.

• 31.000 artroskopik prosedürde % 63 oranında kıkırdak lezyonu

bulundu. Hastaların % 20’sinde Outerbridge Grade 4 lezyon

mevcuttu.Curl WW, Krome J, Gordon ES, Rushing J, Smith BP, Poehling GG.Cartilage injuries: a review of 31,516 knee arthroscopies.Arthroscopy. 1997 Aug;13(4):456-460.

SÜREGELEN SORUNSÜREGELEN SORUN

‘’Hipokrat’tan günümüze, tüm bilim dünyasınca bilinir ki, ülsere kıkırdak büyük bir problemdir ve bir kere parçalanırsa, tamir edilemez.’’Hunter W.On the structure and diseases of articulating cartilage.Philos Trans R Soc Lond 1743;42b:514-521.

EKLEM KIKIRDAĞIEKLEM KIKIRDAĞI• Hiposellüler,• Avasküler,• Alenfatik,• Anöral,• Yağ, kas ve diğer matür dokulardaki gibi indiferansiye

mezenkimal kök hücreleri içermez (zayıf tamir).• Düşük sürtünme ve dayanıklı yüzey oluşturmasını

sağlayan, yoğun proteoglikan ve kollajen matriks mevcut.

MİNİMAL TAMİR POTANSİYELİMİNİMAL TAMİR POTANSİYELİ

Eklem kıkırdağının ana Eklem kıkırdağının ana komponentlerikomponentleri

• Kondrositler,• Kollajen,• Ekstrasellüler matriks proteoglikanları,• Non-kollajen proteinler• Su

Ana temel taş indiferansiye mezenkimal kemik iliği kök hücrelerinden gelişen

KONDROSİT

EKLEM KIKIRDAĞININ TEMEL YAPISAL ANATOMİSİEKLEM KIKIRDAĞININ TEMEL YAPISAL ANATOMİSİ

Safranin O boyası, X5Safranin O boyası, X5

YAPIM - YIKIMYAPIM - YIKIM• Kondrositler bir orkestra şefi gibi martiks

sentezi ile yıkımını düzenlerler.• Matriks oluşumunu etkileyen faktörler:

– Mekanik yük– Hormonlar– Lokal büyüme faktörleri– Sitokinler– Yaşlanma– Yaralanma

HEDEFİMİZ TİP IIHEDEFİMİZ TİP II• Tip IITip II: Eklem kıkırdağının ana fibriler

kollajeni (%90-95)– Highly cross-linked network

• Tip IXTip IX: Proteoglikan parça içeren kısa fibrilli kollajen

• Tip XITip XI: Ana görevi Tip II kollajen fibril kalınlığını düzenlemek

ANABOLİZMA – KATABOLİZMAANABOLİZMA – KATABOLİZMAMÜKEMMEL DENGEMÜKEMMEL DENGE

• İntegrinİntegrin: Kondrositleri matrikse bağlayan yüzey proteini

• Kondrositlerde sitokin ve büyüme faktörleri (Transforming Growth Faktör = TGF-β, Insulin-like Growth Faktör =

IGF-I, Bone Morfojenik Proteinler = BMP-2 ve BMP-7) için de reseptörlerİ vardır.

• Matriks komponentleri dışında, matriks yıkan enzimler de salgılarlar.

ASLINDA UZUN ÖMÜRLÜASLINDA UZUN ÖMÜRLÜ• Normal şartlar altında, kollajen

metabolizması çok yavaştır ve yarı ömrü yıllar sürer.

• Hastalık durumunda ileri derecede yıkım artar …….. Artroz ……… Kollajenazlar ??

EŞSİZ BİYOMEKANİKEŞSİZ BİYOMEKANİK

• Matriksteki negatif yük katyonları çekerek, doku osmolalitesinin artmasına neden olur.

• Suyun da çekilmesi ise osmolaliteyi azaltır.• SONUÇSONUÇ: Eklem kıkırdağında, tüm dokulardan daha

yüksek osmotik basınç vardır.– Su içeriği ve yüksek hidrostatik basınçla yüklere dirençlidir.– İleri derecede entegre Tip II kollajen matriks şişmesini

engeller.• Osteoartritte entegrasyon bozulur, şişme başlar.

YARALANMA TİPİ, DERECESİ ve CEVAPYARALANMA TİPİ, DERECESİ ve CEVAP• Metabolik, Genetik, Vasküler, Mekanik, Travma• Yaralanmanın derecesi prognozun ana belirleyeni

– Mikrohasar (künt travma)Mikrohasar (künt travma): yüzeyde gözle görülmeyen• Mikrokırıklar, apopitoz, proteoglikan kaybı, kıkırdakta incelme,

subkondral kalınlaşma ---- anöral ---- sıklıkla ağrısız?– Kondral kırıkKondral kırık: subkondral kemiğe kadar uzanan

• Apopitoz, nekroz, kondrositler prolifere olsa bile defekte migre olmazlar ve defekt kenarları birleşmez ----efüzyon, ağrı, kilitlenme

– Osteokondral kırıkOsteokondral kırık: Subkondral kemiği de içeren• Kemikte inflamatuar cevap, hematom organizasyonu, fibrin pıhtı,

fibrovasküler tamir, mezenkimal kök hücre proliferasyonu ile kondrosit diferansiasyonu, derin dokularda endokondral kemikleşme, hyalen kıkırdak matriksin dejenerasyonu ---- fibrokartilajinöz matriks (Tip I>Tip II)

ICRS SINIFLAMASIICRS SINIFLAMASI

Grade 0 - Normal Grade 1 – Normale YakınYüzeyel: A) YumuşamaB)+ ve/veya fissürleşme

Grade 2 – Anormal%50’den az derinlikte

Grade 3 – Ciddi AnormalA) %50’den fazla derinlikteB) Kalsifiye tabakaya kadar

C) Subkondral kemiğe kadarD) Kabarmış

Grade 4 – İleri Derecede AnormalA) Subkondral kemikten minimal kayıp

B) Subkondral kemikten ciddi kayıp

OUTERBRIDGE SINIFLAMASIOUTERBRIDGE SINIFLAMASI

Grade 1: Eklem yüzü şişmiş, yumuşamış ve Grade 1: Eklem yüzü şişmiş, yumuşamış ve

kabarmışkabarmış

Grade 2: Çapı 1 cm’den az olan fissürler ve yarıklar Grade 2: Çapı 1 cm’den az olan fissürler ve yarıklar

mevcutmevcut

Grade 3: Çapı 1 cm’den büyük, subkondral kemiğe Grade 3: Çapı 1 cm’den büyük, subkondral kemiğe

kadar uzanan derin fissürler mevcutkadar uzanan derin fissürler mevcut

Grade 4: Subkondral kemik açıktaGrade 4: Subkondral kemik açıkta

OARSI (Osteoarthritis research Society International) OARSI (Osteoarthritis research Society International) Osteoarthritis Cartilage Histopathology Assesment SystemOsteoarthritis Cartilage Histopathology Assesment System

Pritzker KP, Gay S, Jimenez SA, Ostergaard K, Pelletier JP, Revell PA, Salter D, van den Berg WB.Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging.Osteoarthritis Cartilage. 2006 Jan;14(1):13-29.

Wakitani SkorlamasıWakitani Skorlaması(Histolojik Kıkırdak Skorlama Sistemi)(Histolojik Kıkırdak Skorlama Sistemi)• Hücre morfolojisi• Matriks boyanması• Kıkırdak yüzeyi• Defekt kalınlığı• İntegrasyon

Patologlarımıza OARSI ve Wakitani Patologlarımıza OARSI ve Wakitani derecelendirme sistemini öğretmeliyiz !derecelendirme sistemini öğretmeliyiz !

• Fibroblast• Osteoblast• Kondrosit• Adiposit• İskelet Miyoziti• Kardiak Miyozit

• Miyofibroblast• Endotel hücresi• Perisit• Tenosit• Timik Stroma Hücresi

KÖK HÜCREDEN DERİVE OLAN KÖK HÜCREDEN DERİVE OLAN FENOTİPLERFENOTİPLER

BİYOMÜHENDİSLİK NEDİR ?BİYOMÜHENDİSLİK NEDİR ?• Biyomühendislik = Biyomedikal Mühendisliği =

Medikal Mühendisliği:Tıp, Fizyoloji ve Biyolojinin sorunlarını anlamak, tanımlamak ve çözmek için mühendislik ve fizikokimya bilimlerinin prensip ve yöntemlerini yaşam ve tıp bilimlerine uygulayan disiplinlerarası bir Anabilim Dalıdır

HÜCRE ve DOKU KÜLTÜRÜ NEDİR ?HÜCRE ve DOKU KÜLTÜRÜ NEDİR ?

– Doku Kültürü: Doku Kültürü: İnsan, hayvan ve bitkilerden alınan organ veya doku parçalarının bütünden ayrı bir şekilde, yapay hazırlanmış ortamlarda (in vitro) 24 saat ve daha uzun süreler yaşatılmasıdır.

– Hücre kültürü:Hücre kültürü: Tek bir hücre veya hücrelerin doku ile bağıntısı olmadan in vitro çoğalmasıdır.

NERELERDE KULLANILIR ?NERELERDE KULLANILIR ?kanser araştırmaları (in vitro toksikoloji)sitogenetik, biyokimyasal, moleküler biyolojik

çalışmalarda, çeşitli hastalıkların tanı ve araştırılmasında, doku ve deri mühendisliğiaşı üretimi, kök hücrelertüp bebek ve kısırlık tedavilerifarmasötik proteinlerin üretimi

SCAFFOLD NEDİR ?SCAFFOLD NEDİR ?• ‘ a temporary or movabletemporary or movable platform for

workers (as bricklayers, painters, or miners) to stand or sit on when working at a height above the floor or ground ’

• Yapı iskelesi

• Hücre ve doku oluşumunu Hücre ve doku oluşumunu desteklemek için çatı vazifesi desteklemek için çatı vazifesi gören biyomateryalgören biyomateryal

İDEAL SCAFFOLD NASIL İDEAL SCAFFOLD NASIL OLMALIDIR ?OLMALIDIR ?

• 3 boyutlu kafesi boyunca hücrelerin

homojen dağılımını sağlamalıdır.

• Biyokimyasal moleküllerin etkili

difüzyonuna izin vermelidir.

• Belirli bir süre sonunda çözünerek yerini

ev sahibi dokuya bırakmalıdır.

SCAFFOLD ÖNEMLİ ÇÜNKÜSCAFFOLD ÖNEMLİ ÇÜNKÜ

• Hücrenin toplanmasını,

• Hücrenin yapışmasını,

• Besinlerin hücreye difüzyonunu,

• Büyüme faktörlerinin alınmasını,

• Hücre davranışını etkiler.

Kemik ve Kıkırdak içinKemik ve Kıkırdak içinDoku Mühendisliğinde Kullanılan Scaffold ve Doku Mühendisliğinde Kullanılan Scaffold ve

BiyomateryallerBiyomateryaller1)Sentetik organik materyaller:• Biyoçözünür ve biyoemilir: Polyglycolide, Polyactide,

Polydioxanone, Polycaprolactone• Halen araştırılan Polimerler: Polyorthoester,

Polyanhydrides, Polyhydroxyalkanoate• Entrepreneurial Polymerik biyomateryaller: Poly (lactic

acid-co-lysine)2)Sentetik inorganik materyaller:• Hydroxyapatite, Calcium/phosphate composite, glass

ceramic3)Doğal kaynaklı organik materyaller:• Kollajen, Fibrin, Hyaluronik Asit4)Doğal kaynaklı inorganik materyaller:• Corralline Hydroxiapatite

ACIACITreatment of Deep Cartilage Defects in the

Knee with Autologous Chondrocyte Transplantation

Mats Brittberg, Anders Lindahl, Anders Nilsson, Claes Ohlsson, Olle Isaksson, and

Lars Peterson The New England Journal of Medicine Volume 331:889-895 October 6, 1994

Number 14

ACIACI(Autologous Chondrocyte Implantation)(Autologous Chondrocyte Implantation)

KONDROSİT KÜLTÜRÜ ve OTOLOG KONDROSİT KÜLTÜRÜ ve OTOLOG KONDROSİT İMPLANTASYONUKONDROSİT İMPLANTASYONU

TEDAVİ TEDAVİ ALGORİTMASINI ALGORİTMASINI

DEĞİŞTİRDİDEĞİŞTİRDİ

EKLEM KIKIRDAK LEZYONLARININ TEDAVİ EKLEM KIKIRDAK LEZYONLARININ TEDAVİ ALGORİTMASIALGORİTMASI

SEMPTOMATİK TAM KAT EKLEM SEMPTOMATİK TAM KAT EKLEM KIKIRDAK LEZYONUKIKIRDAK LEZYONU

LEZYONLEZYON<<1.5 cm1.5 cm²²

LEZYONLEZYON>>1.5 cm1.5 cm² <² <4 cm4 cm²²

LEZYONLEZYON>>4 cm4 cm² <² <8 cm8 cm²²

LEZYONLEZYON>>8 cm8 cm²²

RESTORATİF:RESTORATİF:

Single-plug OATSingle-plug OAT

REPERATİF:REPERATİF:

MikrokırıkMikrokırık

KondroplastiKondroplasti

RESTORATİF:RESTORATİF:ACIACI

AllogreftAllogreftMosaikplastiMosaikplastiREPERATİF:REPERATİF:

MikrokırıkMikrokırıkMosaikplastiMosaikplastiMikrokırık + Mikrokırık +

Periosteal Periosteal FlepFlep

RESTORATİF:RESTORATİF:ACIACI

AllogreftAllogreftREPERATİF:REPERATİF:Mikrokırık ?Mikrokırık ?

Mosaikplasti ?Mosaikplasti ?

RESTORATİF:RESTORATİF:

AllogreftAllogreft

ACI ?ACI ?

REPERATİF:REPERATİF:

YOKYOK

Browne JE, Branch TP.Browne JE, Branch TP.Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions.Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions.J Am Acad Orthop Surg. 2000 May-Jun;8(3):180-189. J Am Acad Orthop Surg. 2000 May-Jun;8(3):180-189.

TOM MINASTOM MINAS

MikrokırıkMikrokırık MozaikplastiMozaikplasti

BİZ ÇOK MEMNUNDUK !BİZ ÇOK MEMNUNDUK !

• Reperatif (tamir edici) Cerrahi Teknikler:Reperatif (tamir edici) Cerrahi Teknikler:

Eklem kıkırdağının tamamen oluşmasını sağlamasa

bile, değişken süreçler boyunca oldukça fonksiyonel

sonuçlar elde edilebilmektedir.

• Restoratif (orijinal haline getirici) Cerrahi Teknikler:Restoratif (orijinal haline getirici) Cerrahi Teknikler:

Eklem kıkırdağını doğal haline getirmeyi

hedeflemektedir.

TAMİR ETMEK ? RESTORE ETMEK ?TAMİR ETMEK ? RESTORE ETMEK ?CERRAHİ ALTERNATİFLERCERRAHİ ALTERNATİFLER

TAMİR ETMEK ? RESTORE ETMEK ?TAMİR ETMEK ? RESTORE ETMEK ?CERRAHİ ALTERNATİFLERCERRAHİ ALTERNATİFLER

Browne JE, Branch TP.Browne JE, Branch TP.Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions.Surgical alternatives for treatment of articular cartilage lesions.J Am Acad Orthop Surg. 2000 May-Jun;8(3):180-189. J Am Acad Orthop Surg. 2000 May-Jun;8(3):180-189.

ACI TEKNİKACI TEKNİK

KONDROSİT KÜLTÜRÜNÜN KONDROSİT KÜLTÜRÜNÜN AŞAMALARIAŞAMALARI

– Artiküler kıkırdak küçük parçalara ayrılarak Tip II collagenase içinde 48 h

bekletilir.

– Dokudan ayrılan hücreler sentrifüjlenerek toplanır.

– Pelet 2 defa yıkanır.

– Hücreler 37 °C, 5% CO2 şartlar altında inkübatörde inkübe edilir.

– Her pasajla beraber hücre sayımı yapılır ve hücreler daha büyük hücre

büyüme kaplarına geçirilir.

– Yaklaşık 3 haftalık inkübasyondan sonra hücreler tripsine edilerek hücre

büyüme kaplarından kaldırılır ve steril şırıngalar içinde uygulayıcıya

gönderilir.

ACIACI(Autologous Chondrocyte Implantation)(Autologous Chondrocyte Implantation)

Scaffold ile ACIScaffold ile ACI

Scaffold ile ACIScaffold ile ACI

Scaffold ile ACIScaffold ile ACI

Scaffold ile ACIScaffold ile ACI

MACIMACIMatrix-induced Autologous Chondrocyte ImplantationMatrix-induced Autologous Chondrocyte Implantation

MACIMACI

MACIMACI

KIKIRDAK TEDAVİSİNDE KIKIRDAK TEDAVİSİNDE BAŞARIYI ETKİLEYEN BAŞARIYI ETKİLEYEN

FAKTÖRLERFAKTÖRLER• Akut veya kronikAkut veya kronik• Tam kat veya parsiyel• Defekt çapıDefekt çapı• Defekt yerleşimiDefekt yerleşimi• Ligament stabilitesi• Menisküs bütünlüğü• Tibiofemoral veya

patellofemoral alignment

• YaşYaş• Arzulanan aktivite Arzulanan aktivite

seviyesiseviyesi• Ailesel osteoartrit• İnflamatuar artropati• Obesite

ACI sonrası Glukozaminoglikan Konsantrasyonu

Delayed Gadolinium-enhanced MR to Determine Glycosaminoglycan Concentration in Reparative Cartilage after Autologous Chondrocyte Implantation: Preliminary ResultsAtsuya Watanabe, Yuichi Wada, Takayuki Obata, Takuya Ueda, Mitsuru Tamura, Hiroo Ikehira, and Hideshige MoriyaRadiology. 2006; 239:201-208.

TEDAVİ SONUCUNU KANITLAMATEDAVİ SONUCUNU KANITLAMA(Kıkırdak spesifik MRI)(Kıkırdak spesifik MRI)

Avrupa PazarındakiAvrupa PazarındakiScaffold - ACI ÜrünleriScaffold - ACI Ürünleri

– Novocart 3D ®, Tetec (Braun/Aesculap)– MACI ®, Genzyme– Chondroguide ®, Ormed – Hyalograft C ®, Merz– ArthroMatrix ®, Arthrex– Chondrocelect®, TiGenix– CaReS ®, Ars Arthro AG

BAŞKA ALTERNATİFLERBAŞKA ALTERNATİFLER

• Tru-fit Bone Graft Substitute Plugs (Osteobiologics): Bilayered Resorbable Porous Bioactive Cylindrical Composite Scaffolds

• TÜBİTAK• Karadeniz Teknik Üniversitesi• ODTÜ• Hacettepe Üniversitesi• GATA• Ege Üniversitesi• Ankara Üniversitesi• Yeditepe Üniversitesi

KEMİK ve KIKIRDAK KEMİK ve KIKIRDAK KÜLTÜRLERİKÜLTÜRLERİ

AKLA GELEN SORULAR?AKLA GELEN SORULAR?• Tek başına Scaffold mu etkili ?• Scaffoldlar arasında fark var mı ?• Gelen kültürde kaç hücre olmalı ?• Gelen Scaffold’da kaç hücre bulunuyor ?• Tek seansta yapılamaz mı ?• Neden Kök Hücreden değil de ilk ameliyatla

alınan kıkırdaktan kültür yapılıyor ?• Embriyojenik kök hücreden yapılamaz mı ?• Genetik mühendisliği ile klonlama yapılamaz mı

(SCNT: Somatic Cell Nuclear Transfer Technology) ?

• ACI mu üstün MACI mu ?• Mikrokırık mı, OCG mi, ACI mu, MACI mu ?

DezavantajlarDezavantajlar

• Çok merkezli çalışmalar ?Çok merkezli çalışmalar ?• Uzun dönem takip ?Uzun dönem takip ?• Karşılaştırmalı çalışmalar ?Karşılaştırmalı çalışmalar ?

DÜNYADA ÇALIŞILAN PROJELERDÜNYADA ÇALIŞILAN PROJELER• PRP (Cascade, Chrysalis): Otojen ‘readymix’

intraop bioactive peptid• Allojenik immatür hücre – doku kültürü platformu

(Isto Technologies, Zimmer)• Upstream amplification: ‘hedge hog’ peptide:

embriyogenic patterning signals (NS Lab)• Bioreactor remodeled whole tissue pressfit

auto&allogenic grafts (NeoCart)• Hydrogel Polymer and Arthroplasty replacement

plugs (SaluCartilage)• CAIS (Cartilage Autograft Implantation System):

one-stop intraoperative autologous chondral harvest&polymer seeding/implantation (DePuy)

• Endikasyonların genişlemesi (osteoartrit ?)• Daha büyük defektlerde uygulama• Cartiplug• Genetik Mühendisliği• Nanoteknoloji = Nanobiomateryal• Guided Biotechnology

– Ligamentler (ÖÇB vs.)– Menisküs vs.

Gelecek ?Gelecek ?

Gelecek ?Gelecek ?

Gelecek ?Gelecek ?

HEDEFİMİZ NEDİR ?HEDEFİMİZ NEDİR ?

• Defekti doldurmak mı?Defekti doldurmak mı?

• İyi Histoloji elde etmek mi ?İyi Histoloji elde etmek mi ?

• Klinik başarı mı ?Klinik başarı mı ?

TEŞEKKÜR TEŞEKKÜR EDERİMEDERİM

Doç. Dr. Tahsin BEYZADEOĞLU