W ostatnim czasie terapia hMSCs okazała się bardzo obiecująca w regeneracji tkanek i leczeniu wielu chorób opornych na leczenie, takich jak choroby dysfunkcji układu odpornościowego, ogólnoustrojowe choroby hematologiczne, nowotwory czy urazy, w licznych badaniach klinicznych 1,14,15,16,17. Spośród różnych źródeł MSCs, szpik kostny pozostaje najczęściej stosowanym i najłatwiej dostępnym źródłem. Użyliśmy ludzkich chipów kości gąbczastej żuchwy, aby z powodzeniem wyhodować BMSC przy użyciu metody przylegania całego szpiku kostnego opisanej w niniejszym protokole. Do tej pory istnieją cztery główne podejścia do izolowania komórek macierzystych ze szpiku kostnego, w tym metoda przylegania całego szpiku kostnego, metoda wirowania w gradionym gradieniu gęstości, metoda fluorescencyjnego sortowania komórek i metoda sortowania komórek aktywowanych magnetycznie10. Cała metoda przylegania szpiku kostnego jest prosta, łatwa w obsłudze, tania i może uzyskać duże ilości przylegających komórek. Ograniczeniem tej metody była jednak niska czystość pierwotnych hodowlanych BMSC, które mieszano z komórkami krwiotwórczymi i fibroblastami. Po regularnym odświeżaniu pożywki hodowlanej komórek pierwotnych, nieprzylegające komórki krwiotwórcze zostały wyrzucone wraz z odrzuconą pożywką. Ponadto fibroblasty mogą być usuwane przez pasaż komórkowy, a komórki P3 były wysoce oczyszczonymi BMSC. Tak więc komórki P0 do P2 nie mogą być używane do terapii komórkowej, co oznacza, że potrzeba było dodatkowego czasu na oczyszczenie komórek macierzystych. Stosując metody fluorescencyjnego sortowania komórek i sortowania komórek aktywowanych magnetycznie, można uzyskać bardziej oczyszczone BMSC, podczas gdy te dwie metody są drogie, a długi czas selekcji może pogorszyć żywotność komórek11. Aby udowodnić, że hodowane komórki były MSC, odnieśliśmy się do definicji ludzkich MSCs zaproponowanej przez Komitet ds. Mezenchymalnych i Tkankowych Komórek Macierzystych Międzynarodowego Towarzystwa Terapii Komórkowej, która obejmowała charakter przylegający do tworzywa sztucznego, pozytywną i negatywną ekspresję niektórych fenotypów, takich jak CD45, CD90 i tak dalej, oraz zdolność do różnicowania wieloliniowego18.
W większości badań kości udowe i grzebień biodrowy były głównymi źródłami BMSC, w porównaniu z kośćmi szczękowo-twarzowymi, takimi jak żuchwa i szczęka 9,16. Jednak specyficzna dla miejsca teoria charakterystyki hBMSC w ostatnich badaniach wykazała, że hBMSC z różnych kości miały różne cechy w zdolności różnicowania, aktywności proliferacyjnej, osteogenezie i odporności 6,8. Różnica specyficzna dla danego miejsca może być związana z różnym pochodzeniem embrionalnym, przystosowaniem do wymagań funkcjonalnych w każdym miejscu szkieletu, mikrośrodowiskiem, miejscowym zaopatrzeniem w naczynia krwionośne, efektami hormonalnymi itp. Ponadto badania wykazały, że przeszczepiona kość biodrowa wykazywała szybszy ubytek pionowy niż kość szczęki w ciągu 6 miesięcy po przeszczepie kości8. Poza tym badania wykazały, że aktywność proliferacyjna MSCs ze szpiku żuchwy była lepsza niż ze szpiku biodrowego 5,8,19,20. I ta różnica w aktywności proliferacyjnej została przypisana cechom, że żuchwa miała większy dopływ krwi i szybsze tempo obrotu kostnego niż kość biodrowa 5,6,8. Badania wykazały również, że BMSC z żuchwy wyrażały wyższy poziom Runx-2 i OCN niż te z kości udowych, a zdolność osteogenna BMSC z żuchwy była równa lub wyższa niż tych z kości udoweji kości biodrowej 5,19,21. Stwierdzono również, że przyleganie do zdolności hmBMSC do tytanu jest silniejsze niż BMSC z kości udowych, co sugeruje, że hmBMSC są bardziej odpowiednie do stosowania w implantologii jamy ustnej5. Ponadto 3-letnie badanie kliniczne mające na celu rekonstrukcję ubytku wyrostka zębodołowego wykazało, że zregenerowana kość MSCs z miazgi zębowej składała się z w pełni zwartej kości o większej gęstości macierzy, podczas gdy hm BMSC regenerowały kość gąbczastą podobną do normalnej struktury kości wyrostka zębodołowegoczłowieka 22. Podsumowując, hmBMSC były idealnymi terapeutycznymi komórkami macierzystymi do regeneracji szczękowo-twarzowej i innych chorób ze względu na to samo pochodzenie embriologiczne i ich lepsze cechy.
Jednak żuchwa ma mniej szpiku kostnego niż kości udowe i biodrowe, dlatego ważne jest, aby uzyskać wystarczającą ilość szpiku kostnego i BMSC z żuchwy do użytku klinicznego. Ludzkie aspiracje biodrowe mogą pozyskiwać duże ilości szpiku kostnego w celu wyizolowania MSC. Naukowcy wykorzystali również aspiraty żuchwy do uzyskania MSC, podczas gdy początkowa wydajność MSCs z aspiratów żuchwy była trzykrotnie niższa niż w przypadku aspiratów biodrowych21. Potrzebne były dodatkowe nacięcia, aby pobrać wystarczającą ilość aspiratów szpiku żuchwy, dodając dodatkowy uraz chirurgiczny. Ponadto badania wykazały, że potencjał proliferacyjny MSCs z wiórów kostnych żuchwy może być większy niż z aspiratów szpiku żuchwowego 8,21. Dlatego w tym badaniu do wyizolowania MSC wykorzystano odrzucone wióry kości gąbczastej żuchwy. Ponieważ obie strony żuchwy zostały objęte strzałkową osteotomią rozszczepioną ramus lub plastyką redukcji kąta żuchwy, możemy uzyskać wystarczającą ilość szpiku żuchwy od pacjentów bez żadnych dodatkowych szkód. Ostatnio technologia wspomagana komputerowo jest szeroko stosowana w chirurgii jamy ustnej i szczękowo-twarzowej w celu poprawy efektu chirurgicznego i zmniejszenia liczby powikłań chirurgicznych23. Aby uniknąć uszkodzenia żuchwy i nerwu podczas pobierania szpiku kostnego żuchwy, uzyskano obraz 3D CT żuchwy dawców i przeanalizowano planowanie chirurgiczne dawców w celu określenia miejsc dawczych i wdrożenia symulacji chirurgicznej w badaniu; W związku z tym nie doszło do żadnych powikłań chirurgicznych. Ultradźwiękowe ostrze osteotomu, urządzenie specyficzne dla tkanki, umożliwiające chirurgom wykonywanie precyzyjnych osteotomii przy jednoczesnej ochronie sąsiednich tkanek miękkich24, zostało również użyte w celu uniknięcia uszkodzenia tkanek miękkich i zachowania uzyskanej aktywności szpiku kostnego.
Podsumowując, badanie to opisało niezawodny, prosty, bezpieczny i tani protokół izolacji i hodowli odpowiednich MSCs ludzkiej żuchwy, który może być stosowany w terapiach komórkowych tkanek zębów i szczękowo-twarzowych.