Podmínky účinné regenerace meziobratlové ploténky
Integrace tkání
Úspěšná regenerace poškozených struktur není podmíněna pouze přežitím a funkčností implantovaných buněk, ale také jejich efektivní integrací s okolní tkání. Tato integrace je zásadní pro obnovu biomechanických vlastností i funkčního zatížení, a přesto bývá v oblasti regenerativní medicíny často opomíjena. Například regenerace chybějících částí čelisti bez vazby na okolní tkáň může narušit schopnost čelisti žvýkat a mluvit.
Jedním z výzkumných směrů jsou tzv. nanotopografické povrchy – materiály s mikroskopickými strukturami v řádu nanometrů, které mohou ovlivnit přilnavost, diferenciaci a životaschopnost buněk.
Integrace biomateriálů (scaffoldů) s okolní původní tkání je zásadní pro účinnou funkčnost a dlouhodobou výkonnost tkáně. Chirurgická integrace tkání využívá mnoho metod, včetně stehů, kyanoakrylátů, bioklejů a fibrinových lepidel, které mají určitou účinnost, ale postrádají biokompatibilitu a pevnost spoje. Za slibnou alternativu je považován chondroitin sulfát. Tento polysacharid se nachází v chrupavce. Má protizánětlivé účinky, absorbuje vodu a živiny a napomáhá integraci tkáně s biomateriálem.
Integrace kmenových buněk
K regeneraci IVD se v současnosti používají indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC), kmenové buňky svalového původu a hematopoetické kmenové buňky. Metody využití kmenových buněk pro regeneraci IVD využívají přímou injekci nediferencovaných nebo předdiferencovaných buněk do IVD, tzv. buněčnou terapii.
Strategie tkáňového inženýrství spočívá ve vytváření konstruktů kombinací kmenových buněk s viskoelastickým hydrogelem. Dále se používá technika známá jako genová terapie ex vivo, při níž se cílové geny transfekují do kmenových buněk a následně se tyto modifikované buňky injikují do IVD.
Při obnově degenerující tkáně disku působí MSC různými mechanismy:
- Přímá diferenciace – MSC se mohou přeměňovat na buňky specifické pro disk, čímž nahrazují ztracené nebo poškozené buňky a přispívají k syntéze extracelulární matrix (ECM), zejména kolagenu typu II a proteoglykanů.
- Parakrinní účinek – uvolňování růstových faktorů (např. TGF-β, IGF-1, GDF-5) podporuje regeneraci tkáně nepřímo.
- Imunomodulace – MSC regulují lokální zánětlivou odpověď prostřednictvím sekrece protizánětlivých cytokinů.
Ačkoli MSC představují významný příslib v oblasti regenerativní medicíny, vyvstávají obavy ohledně nutnosti kontroly kvality a standardizace buněk určených pro klinické použití. Mezi další omezení použití MSC patří jejich nedostatek v kostní dřeni dospělých (tvoří méně než 0,01 procenta kostních dřeně) a ačkoli se předpokládá, že tento problém lze zmírnit kultivací MSC, stále existují obavy z nepravidelností v genetických i epigenetických faktorech. Kromě toho získávání MSC od dárce přináší značnou variabilitu v proliferační schopnosti a jejich životaschopnosti.
Dalším omezením spojeným s terapií MSC je nedostatečná čistota použitého vzorku MSC. Obvykle jsou v něm stále přítomny stopy různých specializovaných kmenových buněk, které dále přispívají k pozorované heterogenitě léčby MSC. Navíc injekce MSC v kombinaci s glukokortikoidy, methylenovou modří a inhibitory cytokinů mohou sice poskytnout krátkodobou úlevu snížením zánětu a zmírněním příznaků, ale udržení jejich účinnosti po delší dobu je kvůli jejich krátkému poločasu rozpadu obtížné.
Dalším zkoumaným nástrojem regenerativní medicíny je plazma bohatá na trombocyty (PRP), a to především v léčbě muskuloskeletálních onemocnění. PRP obsahuje růstové faktory, které mohou ovlivňovat buněčné chování a přispívat k modulaci zánětu i regeneraci tkáně.
Klinické studie potvrdily účinnost PRP u osteoartrózy kolene. Například jedna práce prokázala, že u 68 procent pacientů došlo k více než 50procentnímu zlepšení bolesti, ztuhlosti a funkce kolenního kloubu.
V kontextu meziobratlových plotének však stále chybí dostatek klinických studií, které by hodnotily efekt PRP přímo při léčbě IVD degenerace.
Uplatnění regenerativní léčby v jiných strukturách páteře
Regenerativní medicína u artritických změn
Chronické bolesti zad způsobené syndromem facetových kloubů jsou rozšířeným a invalidizujícím problémem. Použití terapie kmenovými buňkami by mohlo potenciálně pomoci při zmírnění bolesti spojené s artritidou facetových kloubů a podpořit hojení. Aplikace buněk získaných z vlastních nemodifikovaných regenerativních buněk tukové tkáně pacienta (ADRC), které vykazují významné protizánětlivé vlastnosti, nabízí řadu výhod. U 37 pacientů s facetovým syndromem byla aplikována injekčně ADRC a následně proběhlo hodnocení po týdnu, roce a 5 letech od léčby. Výsledky ukázaly dlouhodobé zlepšení kvality života a trvající ústup bolestivosti, bez závažných nežádoucích účinků.
Je popsán případ pacienta s více než 13letou anamnézou chronické bolesti dolní části zad, který nereagoval na standardní léčbu. Po intravenózní aplikaci 87 milionů MSC odvozených z lidského pupečníku u něj došlo k významnému zlepšení bolestivosti, včetně symptomů přítomných v dalších úsecích páteře. Podstatné je, že k úlevě došlo bez použití intradiskálních injekcí nebo epidurálních kortikoidů, a tím se snížilo riziko obvyklých komplikací spojených s těmito metodami.
Regenerativní medicína a růst kostí
Růst kostí obvykle vyžaduje rozsáhlejší cévní síť než meziobratlové ploténky, které jsou avaskulární. Mezi mnoha faktory podílejícími se na růstu kostí jsou klíčovými buňkami osteoblasty, které jsou zodpovědné za syntézu a tvorbu kostní tkáně. Produkují různé proteiny mimobuněčné matrix kostní tkáně, včetně osteopontinu, kolagenu typu I, alkalické fosfatázy a osteokalcinu. Strukturální jednotkou kosti je osteon, který se tvoří při interakci osteoblastů během procesu tvorby kosti. Hojení nebo regenerace kosti zahrnuje několik odlišných fází. Primární hojení se vyznačuje přesnou redukcí, vyrovnáním a fixací kostních fragmentů pod tlakem, čímž se minimalizuje pohyb v místě zlomeniny. Alternativně zahrnuje sekundární fáze hojení sekvenci tvorby hematomu, tvorby granulační tkáně, tvorby kostního kalusu a následnou remodelaci kosti. Regenerační schopnost kostí závisí do značné míry na MSC vytvořených v kostní dřeni, které vedou k diferenciaci osteogenních buněk.
Nové technologie v oblasti obnovy intravertebrálních disků
Primárním cílem tkáňového inženýrství je obnovení buněčného prostředí v poškozené tkáni. Alginátové hydrogely jsou slibným novým biomateriálem pro léčbu degenerace meziobratlových plotének, a to především díky své biokompatibilitě, nízké toxicitě a protizánětlivým účinkům. Vyrábějí se z lineárních polysacharidů bakteriálních buněčných stěn. Mohou napodobovat extracelulární membránu meziobratlových plotének prostřednictvím křížových vazeb v alginátových řetězcích vyvolaných zmrazením a rozmrazením. Kromě této strukturální podobnosti lze alginátové hydrogely chemicky modifikovat, aby se zvýšila jejich adheze. Tím dokážou odolávat silám působícím na páteř. Chemické modifikace lze navíc navrhnout tak, aby stimulovaly bioaktivitu podporující regeneraci tkání. Díky schopnosti alginátových hydrogelů zadržovat vodu mohou dodávat buňky nebo léčivo do cílových tkání. Translační studie alginátových hydrogelů in vivo prokázaly slibnou bezpečnost a účinnost při snižování zánětu a prevenci degenerace IVD.
Meziobratlová ploténka téměř neobsahuje cévy. Její buňky tak musí být schopny přizpůsobit se prostředí s nízkým přísunem kyslíku a živin. V tomto procesu hrají důležitou roli mitochondrie, které řídí buněčný metabolismus, ovlivňují i postup degenerace ploténky a podílejí se na signalizaci a regulaci. Mezi biomarkery degenerace IVD patří dysregulace vápníku, únik cytochromu C a zvýšená hladina reaktivních forem kyslíku, které jsou všechny důsledkem dysfunkce mitochondrií.
Další novou technologií v regeneraci IVD je exozomová terapie, která využívá extracelulární vezikuly (EV) odvozené z buněk. Exozomová terapie představuje cílený přístup, který místo celých buněk (např. MSC) využívá pouze extracelulární vezikuly obsahující bioaktivní molekuly nezbytné pro regeneraci tkání. Tím se minimalizuje riziko imunogenní odpovědi a eliminuje přenos genetického materiálu. Na povrchu exozomů i uvnitř jsou přítomny ligandy, které se vážou na receptory a modulují signální dráhy. EV jsou navrženy tak, aby dodávaly směs relevantních biomolekul do cílových tkání a stimulovaly regeneraci. Navíc, protože EV neobsahují žádné rekombinantní molekuly, mají nízký imunogenní potenciál. Podobně jako buněčné terapie by EV mohly být injikovány intradiskálně, a poskytly by tak méně invazivní alternativu k chirurgickému zákroku u pacientů se středně těžkou degenerací IVD (obr. 3).
Obr. 3 Současné možnosti léčby a budoucí terapie
Současný výzkum v Česku
I v Česku probíhají zajímavé studie, které mohou v budoucnu přispět k efektivnější diagnostice a léčbě degenerativních onemocnění meziobratlových plotének.
Infekční vlivy: Cutibacterium acnes a bolest zad
Na Neurochirurgické klinice Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně probíhá výzkum zaměřený na přítomnost bakterie Cutibacterium acnes ve strukturách meziobratlové ploténky. Projekt se uskutečňuje ve spolupráci s Lékařskou fakultou Masarykovy univerzity a Ústavem mikrobiologie. Cílem je objasnit, zda chronická nízce virulentní infekce touto bakterií může přispívat ke vzniku či přetrvávání bolesti zad u pacientů po operaci výhřezu ploténky. Součástí studie je kultivace mikroorganismu z tkání pacienta, molekulární identifikace kmene a korelace s klinickými výsledky pacientů. Předběžné nálezy naznačují, že mikrobiální složka by mohla být jedním z přehlížených faktorů chronické lumbalgie, což by v budoucnu mohlo otevřít cestu k cílené antibiotické nebo imunomodulační terapii u vybraných pacientů. Tato hypotéza zároveň rozšiřuje dosavadní chápání patogeneze degenerace meziobratlových plotének – kromě mechanických a biochemických vlivů zohledňuje i možný zánětlivý podíl způsobený přítomností intracelulárních patogenů, které mohou urychlit degradaci matrix a přispět k progresi strukturálních změn disku.
SPINUS I: Využití SPECT/CT pro výběr pacientů k fúzní operaci
Prospektivní studie SPINUS I je výsledkem spolupráce mezi předními centry neurochirurgické, spinální chirurgie, nukleární medicíny a anesteziologie v Česku (Fakultní nemocnice v Motole, Fakultní nemocnice Královské Vinohrady, Ústřední vojenská nemocnice v Praze, Univerzita Karlova). Hodnotila efekt spinální fúze u pacientů s potvrzenou degenerací meziobratlové ploténky pomocí SPECT/CT (jednofotonová emisní počítačová tomografie/kombinovaná s CT). Pacienti s nespecifickou chronickou bolestí dolní části zad (CLBP) a SPECT/CT-pozitivním DDD na jednom bederním segmentu podstoupili zadní meziobratlovou fúzi. Primárními výsledky byly změny skóre bolesti (VAS) a indexu ODI v průběhu dvouleté pooperační kontroly. Sekundárními výsledky byly výskyt komplikací, návrat do zaměstnání, spokojenost pacientů a ochota podstoupit zákrok znovu.
Studie prokázala významné zlepšení bolestivosti (VAS 8,4 → 3,2) i funkční kapacity (ODI 51,5 → 20,7) během dvou let. Až 84 procent pacientů dosáhlo klinicky významného zlepšení. Celkem 71 procent pacientů bylo s výsledkem operace spokojeno a 89,4 procenta by zákrok podstoupilo znovu. Výsledky potvrzují, že precizní výběr pacientů na základě metabolické aktivity ploténky může zlepšit výstupy chirurgické léčby. Tato metoda zároveň přináší nový diagnostický nástroj v kontextu degenerativního postižení páteře – umožňuje rozlišit metabolicky aktivní (bolestivé) ploténky od těch již strukturálně degenerovaných bez klinického významu. To má zásadní význam nejen pro indikaci chirurgického výkonu, ale i pro cílení případné regenerativní terapie v budoucnu.
Závěr
Budoucnost regenerativních terapií v léčbě degenerace meziobratlových plotének je slibná a dynamicky se rozvíjí. Klíčovým předpokladem pro další pokrok je hlubší porozumění buněčnému mikroprostředí a identifikace specifických biomarkerů, které se podílejí na vzniku a progresi degenerativních změn IVD.
V oblasti biomateriálů a tkáňového inženýrství se jako perspektivní ukazují alginátové hydrogely, které poskytují vhodnou strukturální i biochemickou podporu pro regeneraci disku. Současně se zvyšuje zájem o mitochondriální dysfunkci, která může hrát významnou roli v procesu degenerace prostřednictvím oxidačního stresu.
Dále se ukazuje, že extracelulární vezikuly odvozené z MSC mohou představovat bezpečnější a specifičtější alternativu k samotným buněčným terapiím.
Rozvoj těchto poznatků může přispět nejen ke zvýšení efektivity regenerativních strategií, ale také k jejich bezpečnosti, standardizaci a širšímu uplatnění v klinické praxi.
Ing. Jana Brabcová, Ph.D.
Zdroj: Farag, Mariam, et al. Intervertebral disc degeneration and regenerative medicine. Clinical and Translational Discovery 4.3 (2024).
Ilustrační foto: Shutterstock
