Toen Sir Martin John Evans in 1981 bewijsmateriaal over de eerste embryonale stamcelculturen publiceerde, bood het onderzoek een sprankje hoop op medisch gebied. Velen dachten dat deze niet-gespecialiseerde cellen een wondermiddel konden zijn.
Het idee is verleidelijk: met een beetje coaxing hebben deze cellen het potentieel om van alles te veranderen, van huid tot kraakbeen. Ze kunnen zelfs uitgroeien tot complete organen of lichaamsdelen. En de afgelopen jaren hebben onderzoekers geleerd dat deze cellen nog een speciale eigenschap hebben: ze kunnen de groei in nabijgelegen weefsels stimuleren.
Dertien jaar geleden was het deze laatste eigenschap die Anthony Hollander, het hoofd van het Institute of Integrative Biology aan de Universiteit van Liverpool, verleidde om nieuwe manieren te bedenken om meniscusscheuren in de knieën te repareren. Nu hebben Hollander en zijn team eindelijk de eerste menselijke proef met het zogenaamde 'levende verband' voltooid. En vandaag kreeg hij officieel een patent (Amerikaans octrooischrift 9.539.364) voor de uitvinding.
Het verband bestaat uit een dun skelet van collageen - een eiwit dat voorkomt in bindweefsel dat een poreus maar taai materiaal kan vormen. De onderzoekers infuseren deze laag met een type stamcellen, bekend als mesenchymale cellen, gekweekt uit het beenmerg van elke patiënt. Tijdens de reparatie plaatst de arts het verband tussen de twee zijden van de meniscus en hecht vervolgens de meniscaal-collageensandwich aan elkaar. Het idee is dat de stamcellen groeifactoren uitzenden die de genezing van het meniscusweefsel bevorderen, waardoor de twee kanten weer bij elkaar kunnen komen.
De nieuwe studie, onlangs gepubliceerd in Stem Cells Translational Medicine, documenteerde de eerste test van dit verband bij vijf menselijke proefpersonen van 18 tot 45 jaar met tranen in de meniscus. Na twee jaar bleven drie van de patiënten symptoomvrij.
Meniscusscheuren zijn een veel voorkomend letsel, maar ze zijn notoir moeilijk te repareren. Dit paar c-vormige kraakbeenringen in elke knie fungeert als schokdempers en dempt de knie tegen stoten tijdens het lopen, rennen, springen en lungen. Ze beschermen de kraakbeenkappen die de uiteinden van botten bedekken die in de knie samenkomen. Naarmate we ouder worden, veroorzaakt voortdurende stress echter dat de menisci slijten, wat tranen betekent.
Het probleem, legt Hollander uit, is dat de meniscus niet geneest zoals een snee in je arm. Tranen in de buitenste randen van de schijf genezen relatief goed. Dit gebied, bekend als de rood-rode zone, heeft een relatief goede bloedtoevoer. Maar dat neemt af naar de binnenranden van de schijf, bekend als de wit-witte zone. Tranen in deze regio repareren zichzelf niet gemakkelijk. De verwondingen die in deze studie worden behandeld, komen allemaal voor in het gebied van intermediaire vasculariteit (rood-witte zone) evenals de wit-witte zone, wat betekent dat deze tranen het moeilijkst zijn te repareren.
Tot de laatste decennia was de reparatie voor meniscusscheuren het verwijderen van een deel of alle meniscus die de breuk bevatte. Maar onderzoekers geloven nu dat dit de gewrichten vatbaarder maakt voor artrose - een degeneratieve aandoening in de gewrichten. Zonder het kussen van de meniscus lijdt het gewricht aan grotere slijtage en scheur omdat het kraakbeen van de knie wordt benadrukt tijdens dagelijkse basisactiviteiten zoals wandelen en traplopen. Toch blijft deze procedure de meest voorkomende behandeling voor meniscusscheuren.
Dus zijn stamcellen de oplossing?
"Ik spring niet uit mijn stoel en zeg dat ik deze technologie moet pakken en moet gebruiken in mijn praktijk", zegt Howard Luks, hoofd sportgeneeskunde aan het New York Medical College. De test had niet alleen een relatief kleine testgroep (vijf personen), maar ook een bescheiden slagingspercentage (drie van de vijf).
Luks erkent echter dat de resultaten wel wat beloften tonen. "De traan in hun papier hier is een zeer complexe traan, en uw gemiddelde orthopedist kan dat niet doen, " zegt hij. "Ze kunnen bepaalde tranen repareren, maar het zou een grotere uitdaging zijn om degene die ze repareerden te repareren."
Er spelen echter meer factoren een rol bij de ontwikkeling van artrose, merkt hij op. "We hebben te lang aan een mechanistisch proces gedacht", zegt hij. Hoewel verwijdering van de meniscus artrose kan veroorzaken, is het een van de vele factoren die het begin van de ziekte kunnen stimuleren.
Biochemie is waarschijnlijk ook betrokken, zegt Luks. Letsel of overmatige impact in het gewricht kan een 'chemische cascade' in de knieën veroorzaken. "De chemicaliën en verbindingen in de knie worden vijandig voor de levensvatbaarheid van het resterende kraakbeen, " zegt hij. En zodra het proces begint, hebben artsen nog niet ontdekt hoe het te stoppen. Dus of de patiënten in dit onderzoek artrose zullen ontwikkelen, is nog onbekend.
Van andere methoden voor fysiek herstel is aangetoond dat ze even effectief zijn voor het repareren van dergelijke tranen, merkt Luks op, inclusief een methode die bekend staat als abrasietherapie. In deze procedure scheert de chirurg de voering van het kniegewricht (synovium) om wat bloedingen te veroorzaken en te helpen bij hergroei van de meniscus.
"Decennia lang hebben we vermeden om menisci in de wit-witte zone te repareren met de gedachte dat het gewoon niet zou werken", zegt hij. "Maar toen begonnen een aantal van ons ze te repareren, en we ontdekten dat het werkte."
Scott Rodeo, weefselonderzoeker en clinicus in het Hospital for Special Surgery in New York City, had een ander probleem met de studie: "Er is geen controlegroep", zegt hij. "Er is geen tracking van het implantaat zelf."
Deze eerste test bij mensen was echter bedoeld om de veiligheid van het levende verband te testen, zegt Hollander. Omdat het faalpercentage hoog is voor chirurgie in de witte zone van de meniscus, zegt hij: "we hebben er alle vertrouwen in te concluderen dat er een direct voordeel van de behandeling was." Hoewel hij hoopt op een controlegroep in toekomstige studies, merkt hij op dat er zijn ethische zorgen met zo'n groep. "Omdat er voldoende bewijs is dat alleen een operatie mislukt, " zegt hij, kan het onethisch zijn om patiënten een dergelijke procedure te laten ondergaan.
Het levende verband is echter een van de meer veelbelovende methoden van stamcelgebruik bij meniscusreparatie. Toen Hollander onderzoek in deze arena begon, probeerden de meeste andere groepen om stamcel-geïnfuseerde collageenstructuren te gebruiken als basis voor stamcellen om weefsel te laten groeien dat zich in gebroken delen van de meniscus vult. "Wanneer je tissue engineering doet, doe je ruimtevullend, maak je een groot stuk weefsel, " legt Hollander uit.
Hollander had echter de indruk dat deze methoden niet zouden werken. Stamcellen zijn uiterst moeilijk te controleren wanneer ze in gewrichten worden ingebracht. "De knie is een zeer vijandige omgeving", zegt Luks. "[Dus] deze cellen leven meestal niet lang in de knie en ze gedragen zich niet op dezelfde manier als we dachten dat ze dat zouden doen."
Om het af te maken, wilde Hollander iets anders proberen. "Ik hou er niet van om hetzelfde te doen als andere mensen", zegt hij lachend. Dus besloot hij te proberen andere eigenschappen van de stamcellen te exploiteren en uiteindelijk het levende verband te ontwikkelen. Sindsdien heeft hij een spin-off bedrijf, Azelon, ontwikkeld om het product op de markt te brengen.
Tegenwoordig claimen veel artsen al succesvol gebruik van stamcellen bij meniscusreparatie: van toepassing van in gel gesuspendeerde stamcellen tot collageenstructuren. Maar de technologie wordt verre van breed gebruikt, zegt Rodeo, vooral in de Verenigde Staten, waar het kweken van stamcellen strikt wordt gereguleerd. Op dit punt is de commerciële toepassing de wetenschap ver vooruit, zegt hij. Over al deze toepassingen is nog veel meer te leren voordat ze veilig commercieel kunnen worden gebruikt.
Hollander denkt dat stamcelverbanden zeer veelbelovend zijn, niet alleen voor knieën, maar ook voor een reeks reparaties van zacht weefsel, van rotatormanchetten tot anale sluitspieren van moeders die zijn gescheurd door arbeid. Voor nu richt hij zich echter op menisci. "Alleen al om deze applicatie te doen hebben we jaren geduurd", zegt hij. "We kunnen niet alles doen."
Hollander heeft al financiering verkregen voor een grotere proef. Hij is ook van plan om het proces te stroomlijnen en een deel van de kosten te verlagen - een probleem dat zowel Rodeo als Luks aangaat. Om dit te doen, hoopt Hollander over te schakelen op het gebruik van donorstamcellen, zodat patiënten geen twee procedures hoeven te ondergaan, eerst de stamcellen opzuigen en vervolgens het verband implanteren.
"We proberen het [levende verband] te bevriezen zodat het enkele maanden in het ziekenhuis kan worden bewaard en vervolgens uit de vriezer kan worden gehaald, opgewarmd en geïmplanteerd, " zegt hij. "Dat maakt het een veel eenvoudiger proces - veel kosteneffectiever voor zorgverleners."
Hoewel er nog veel meer tests moeten worden gedaan om de effectiviteit van het levende verband te bevestigen, lijkt het team op de goede weg te zijn.
"Het komt erop neer dat het loont om een meniscus te redden", zegt Luks. "Als een meniscus kan worden gerepareerd, moet deze worden gerepareerd."
