Een update over de ontwikkelingen in de behandeling van kraakbeendefecten
In 2012 hebben we een artikel gepubliceerd over een veelbelovende techniek waarbij een kraakbeenmatje werd gebruikt om de regeneratie van kraakbeen te bevorderen. Nu, meer dan een decennium later, kijken we naar de klinische toepassingen, effectiviteit en nieuwe ontwikkelingen op dit gebied.
Osteochondrale scaffolds
In ons oorspronkelijke artikel bespraken we een techniek waarbij een osteochondraal scaffold (kraakbeenmatje) werd gebruikt voor de regeneratie van kraakbeen. Deze scaffolds zijn ontworpen om de complexe structuur van osteochondraal weefsel na te bootsen en kunnen uit meerdere lagen bestaan die overeenkomen met het articulaire kraakbeen, de tijdelijke calcificatiezone en het subchondrale bot.
Deze innovatieve technologie is gericht op het genereren van gezond eigen kraakbeen en botweefsel door middel van een samengesteld kunstmatig osteochondraal product. Het vermogen om het eigen weefsel van de patiënt te regenereren en te integreren met het omliggende gewricht maakt het een waardevolle toevoeging aan het arsenaal van behandelingsopties voor kraakbeenherstel.
Structuur en Samenstelling
Het kraakbeenmatje is uniek in zijn structuur, bestaande uit drie lagen die elk een specifieke rol spelen in het herstel en de vernieuwing van kraakbeen en botweefsel. De lagen zijn als volgt:
- Onderste laag (Laag 1): Deze laag komt overeen met het subchondrale bot, dat is de laag bot direct onder het gewrichtskraakbeen. Het speelt een cruciale rol in de ondersteuning van het kraakbeen.
- Tussenlaag (Laag 2): Deze laag is vergelijkbaar met de onderste laag, maar bevat minder mineralen/bot. Het fungeert als een compacte tussenlaag die helpt bij het reguleren van gewrichtsvloeistoffen.
- Bovenste laag (Laag 3): Deze laag bestaat uit een combinatie van kraakbeen, hyaluronzuur en collageen. Het is verantwoordelijk voor het smeren van het gewricht en het bevorderen van de groei van kraakbeenachtig weefsel.
Regeneratie en Herstel
Wat dit kraakbeenmatje zo bijzonder maakt, is het vermogen om regeneratie te bevorderen. Binnen twee weken na contact met het eigen bot, kraakbeen en gewrichtsvloeistof, begint de vorming van kraakbeenachtig weefsel in de bovenste laag. Tegelijkertijd is er een significante ingroei in het subchondrale bot, wat bijdraagt aan de stevigheid van het transplantaat in het defect.
Dit regeneratieproces resulteert in het herstel van het kraakbeendefect, en het kraakbeenmatje wordt uiteindelijk volledig geïntegreerd met het omliggende gewricht.
Techniek en Functionaliteit
De toepassing van het kraakbeenmatje is een nauwkeurig proces. Eerst wordt een deel van het kraakbeendefect verwijderd tot aan het gezonde subchondrale bot. Vervolgens wordt een stuk van het biomateriaal op maat gesneden en in het defect geplaatst. Het contact met bloed zorgt voor de hechting van het materiaal, en het matje wordt stevig op zijn plaats gehouden.
Na de behandeling moet het gewricht gedurende zes weken onbelast blijven om optimale genezing en regeneratie mogelijk te maken. Na verloop van tijd groeit het kraakbeenmatje in het defect en wordt het volledig geïntegreerd met het gewricht, wat bijdraagt aan de herstelde functionaliteit van het gewricht.
Bi-layered composite scaffold
Naast de osteochondrale scaffolds zijn er ook ontwikkelingen geweest in “Bi-layered composite Scaffolds”. In het Nederlands betekent dit ’tweelaagse samengestelde ondersteuningsstructuren’. Dit klinkt misschien ingewikkeld, maar het is eigenlijk een soort matje met twee lagen dat wordt gebruikt om beschadigd kraakbeen te helpen herstellen.
Deze ‘scaffolds’ zijn een beetje zoals een steiger die bouwvakkers gebruiken: ze geven ondersteuning. In dit geval geven ze ondersteuning aan de cellen die nodig zijn om nieuw kraakbeen te laten groeien.
- Structuur: Bi-layered composite Scaffolds hebben een eenvoudigere tweelaagse structuur, meestal ontworpen om het kraakbeen en het onderliggende bot te ondersteunen, maar zonder de tijdelijke calcificatiezone na te bootsen.
- Samenstelling: Ze kunnen worden gemaakt van een verscheidenheid aan synthetische en natuurlijke materialen, en zijn vaak gericht op het bieden van mechanische ondersteuning en het bevorderen van celhechting.
- Toepassing: Ze kunnen worden gebruikt in vergelijkbare procedures als de osteochondrale scaffolds, maar kunnen ook worden gebruikt in combinatie met andere behandelingen zoals celtherapie.
Deze techniek is bijzonder nuttig omdat het de cellen helpt om op de juiste plek te groeien, en het kan worden aangepast aan de specifieke behoeften van de patiënt. [1]Xu D, Cheng G, Dai J, Li Z. Bi-layered Composite Scaffold for Repair of the Osteochondral Defects. Adv Wound Care (New Rochelle). 2021 Aug;10(8):401-414. doi: 10.1089/wound.2019.1140. Epub 2020 Dec … Continue reading
(A) Een tekening die laat zien waar in de knie een stukje bot en kraakbeen beschadigd is, dit wordt aangegeven met een zwart rondje.
(B) Een tekening van een speciaal matje met twee laagjes, gemaakt van een materiaal genaamd PLGA, dat gebruikt wordt om het beschadigde gebied te helpen herstellen.
(C) Een super close-up foto, gemaakt met een krachtige microscoop, die de kleine gaatjes in het matje laat zien. Er is een blauwe lijn die aangeeft waar de twee laagjes van het matje elkaar raken.
(D) Nog een super close-up foto die laat zien hoe botcellen (BMSCs) zich aan de binnenkant van het matje vastmaken in het kraakbeen-gedeelte nadat ze een week hebben kunnen groeien.
(E) Een nog dichterbij ingezoomde foto van een deel van foto (D). Je kunt gele pijltjes zien die wijzen naar de cellen die zich aan de gaatjes in het matje hebben vastgemaakt.
BMSCs staat voor beenmerg-afgeleide mesenchymale stamcellen, PLGA is een soort plastic dat vaak in de medische wereld wordt gebruikt.
Hydrogel-gebaseerde Scaffolds
Een van de meest opwindende ontwikkelingen in de afgelopen jaren is de introductie van hydrogel-gebaseerde scaffolds. Hydrogels zijn waterige gels die de eigenschappen van natuurlijk weefsel kunnen nabootsen. Ze kunnen worden geïnjecteerd in het beschadigde gebied, waardoor ze een minder invasieve optie zijn in vergelijking met traditionele scaffolds.
Een recente publicatie bespreekt het ontwerp van nieuwe hydrogel-gebaseerde scaffolds voor de volledige reparatie van osteochondraal weefseldefecten. Deze hydrogels kunnen worden aangepast om verschillende eigenschappen te hebben, zoals stijfheid en poreusheid, waardoor ze ideaal zijn voor verschillende toepassingen. [2] Scaffold-Based Tissue Engineering Strategies for Osteochondral Repair
Daarnaast is er een update over het hydrogel implantaat van artrose professor Marcel Karperien van Hy2Care. Maar er zijn twijfels over de effectiviteit ervan voor artrosepatiënten zonder het gebruik van extra stamcellen en groeifactoren.
Hydrogel-gebaseerde scaffolds, zijn bijzonder veelbelovend vanwege hun vermogen om te worden geïnjecteerd, waardoor ze een minder invasieve optie zijn. Dit kan leiden tot een sneller herstel en minder complicaties voor de patiënt. Bovendien kunnen hydrogels worden gecombineerd met groeifactoren of stamcellen om het herstelproces verder te verbeteren.
Toekomstige richtingen
Terwijl de technologie blijft evolueren, is het waarschijnlijk dat we nog meer innovaties zullen zien op het gebied van kraakbeenherstel. De ontwikkeling van gepersonaliseerde behandelingen, waarbij scaffolds en hydrogels op maat worden gemaakt voor individuele patiënten, is een opwindend vooruitzicht. Bovendien kunnen verbeteringen in stamceltherapie en genetische manipulatie leiden tot nog effectievere behandelingen voor kraakbeendefecten.
Conclusie
Onderzoekers zijn al geruime tijd druk bezig met het ontwikkelen van speciale structuren, genaamd ‘scaffolds’, om beschadigd kraakbeen in gewrichten te helpen herstellen. Deze scaffolds fungeren als een soort steigers die cellen ondersteunen om te groeien en zich te ontwikkelen tot kraakbeen. In de afgelopen tien jaar is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in de behandeling van kraakbeendefecten, variërend van osteochondraal scaffold tot Bi-layered composite scaffolds en nu hydrogel-gebaseerde scaffolds.
In een recente studie hebben onderzoekers een scaffold gemaakt met een stof genaamd kartogenin, die helpt bij de vorming van kraakbeen. Ze combineerden deze stof met een speciaal soort gel en stamcellen uit het beenmerg. Dit mengsel werd getest bij muizen en bleek de groei van kraakbeencellen te bevorderen.
Een andere groep onderzoekers heeft een scaffold gemaakt met een stof genaamd polylactide, die vaak wordt gebruikt in de geneeskunde. Ze combineerden dit met kleine deeltjes van een stof genaamd grafietoxide om het sterker te maken, en voegden een groeifactor toe die helpt bij de vorming van kraakbeen. Dit werd ook getest bij muizen en bleek goed te werken.
Daarnaast zijn er onderzoekers die nieuwe technologieën zoals lasers gebruiken om scaffolds te maken met een zeer specifieke structuur, die helpt om het kraakbeen op de juiste manier te laten groeien. Sommige onderzoekers richten zich op het combineren van verschillende soorten cellen in de scaffolds, omdat de signalen die cellen naar elkaar sturen kunnen helpen bij het herstel van kraakbeen. Een interessante benadering is het maken van scaffolds die de natuurlijke structuur van kraakbeen nabootsen, met verschillende lagen die verschillende eigenschappen hebben, net zoals echt kraakbeen.
Terwijl onderzoekers blijven werken aan het ontwikkelen van nieuwe en verbeterde technieken, is er hoop dat patiënten met kraakbeendefecten toegang zullen hebben tot effectievere en minder invasieve behandelingsopties in de nabije toekomst. Het is echter belangrijk om te onthouden dat deze onderzoeken nog in een vroeg stadium zijn en dat er nog veel meer onderzoek nodig is voordat deze technieken kunnen worden gebruikt om mensen met gewrichtsproblemen te behandelen.
Referenties
