สภาวะเสื่อมของกระดูกอ่อนผิวข้อบริเวณเข่าเป็นหนึ่งในโรคที่พบมากในผู้สูงอายุ ซึ่งเกิดจากการสึกกร่อนตามวัย หรือเกิดความเสียหายอันเนื่องมาจากอุบัติเหตุ แนวทางการรักษาโรคนี้มีตั้งแต่การทำกายภาพบำบัด การใช้ยา ไปจนถึงการผ่าตัดเปลี่ยนผิวข้อเข่าโดยใช้วัสดุไททาเนียมมาทดแทน ในปัจจุบันแพทย์ได้มีการนำเอาเทคโนโลยีด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อมาใช้ในการรักษาข้อเข่าเสื่อมโดยการฉีดเซลล์กระดูกอ่อน (Chondrocytes) ไปยังบริเวณข้อเข่าที่เสียหาย เพื่อกระตุ้นให้เกิดการฟื้นฟูของเนื้อเยื่อกระดูกอ่อนขึ้นมาใหม่ แต่เซลล์กระดูกอ่อนที่ฉีดเข้าไปเป็นเซลล์เดี่ยวๆ ไม่ได้เกาะตรงบริเวณเป้าหมาย จึงเกิดการฟื้นฟูของเนื้อเยื่อใหม่ได้ไม่ดีนัก แต่ด้วยเทคโนโลยีแผ่นเซลล์ (Cell Sheet Technology) ที่สามารถสร้างเซลล์กระดูกอ่อนให้มีลักษณะเป็นแผ่นหลายชั้นได้ จะช่วยให้แพทย์สามารถเคลื่อนย้ายไปแปะลงบนบาดแผลกระดูกอ่อนได้ง่ายและตรงจุดมากยิ่งขึ้น
จากแนวทางการรักษาข้อเข่าเสื่อมแบบใหม่ที่ต้องอาศัยเนื้อเยื้อกระดูกอ่อนที่มีคุณภาพและจับต้องได้โดย ศ.นพ.สารเนตร์ ไวคกุล และ อ.ดร.นพ.โพชฌงค์ โชติญาณวงษ์ แพทย์ผู้เชี่ยวชาญด้านศัลยศาสตร์ออร์โธปิดิกส์และกายภาพบำบัด คณะแพทยศาสตร์ศิริราชพยาบาล มหาวิทยาลัยมหิดล จึงเป็นจุดเริ่มต้นงานวิจัยของ ดร.โศภิตา วงศ์อินทร์ นักวิจัยหลังปริญญาเอก ศูนย์บริการผลิตเซลล์เชิงพาณิชย์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) ซึ่งในขณะนั้นได้รับทุนวิจัยโครงการปริญญาเอกกาญจนาภิเษก (คปก.) โดยมี รศ.ดร.ขวัญชนก พสุวัต หลักสูตรวิศวกรรมชีวภาพ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มจธ. เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา ผลิตผลงาน “การสร้างแผ่นเซลล์กระดูกอ่อนหลายชั้นเพื่อรักษาการเสื่อมสภาพของกระดูกอ่อนผิวข้อ” โดยมีเป้าหมายหลักเพื่อให้แพทย์สามารถนำแผ่นเซลล์กระดูกอ่อนนี้ ไปแปะตรงบริเวณกระดูกอ่อนผิวข้อที่เสียหายได้
ดร.โศภิตา กล่าวว่า งานวิจัยนี้ได้นำเซลล์กระดูกอ่อนบริเวณข้อเข่าของผู้ป่วยที่แพทย์วินิจฉัยว่าต้องตัดเข่าทิ้งมาแยกเอาเซลล์กระดูกอ่อน แล้วนำเซลล์เหล่านี้ไปเพิ่มจำนวนในห้องปฏิบัติการให้มากพอ จากนั้นจึงนำไปสร้างเป็นแผ่นเซลล์กระดูกอ่อนด้วยเทคโนโลยีแผ่นเซลล์ ซึ่งเป็นกระบวนการผลิตเนื้อเยื่อแบบใหม่ที่อาศัยการเลี้ยงเซลล์บนภาชนะที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิและการปรับเปลี่ยนสภาวะในการบ่มเซลล์ ซึ่งจะช่วยให้สามารถเก็บเซลล์กระดูกอ่อนแบบแผ่นพร้อมโปรตีนที่สำคัญของเซลล์ ทั้งยังสามารถซ้อนแผ่นเซลล์ทับกันหลายชั้นเพื่อเพิ่มความหนาได้ งานวิจัยนี้เราประสบความสำเร็จในการสร้างแผ่นเซลล์กระดูกอ่อน โดยแผ่นเซลล์ที่สร้างได้มีลักษณะผิวเรียบคล้ายกระดูกอ่อนจริง นอกจากนี้เรายังพบว่าในขั้นตอนการเพิ่มจำนวนเซลล์กระดูกอ่อนในห้องปฏิบัติการ และขั้นตอนการสร้างแผ่นเซลล์มีส่วนทำให้รูปร่าง และการผลิตโปรตีนหลักในกระดูกอ่อน (คอลลาเจนชนิดที่ 2) ของเซลล์เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งมีผลต่อคุณภาพของแผ่นเซลล์กระดูกอ่อนที่สร้างเป็นอย่างมาก ในขณะนี้ งานวิจัยอยู่ระหว่างการประเมินผลการตอบสนองของกระดูกอ่อนผิวข้อสัตว์ทดลองต่อแผ่นเซลล์กระดูกอ่อนโดยทุนสนับสนุนจากสถาบันวิจัยระบบสาธารณสุข ซึ่งในอนาคตเรามองว่าการสร้างแผ่นเซลล์กระดูกอ่อนหลายชั้นนี้จะช่วยลดปัญหาของการฉีดเซลล์กระดูกอ่อนที่ควบคุมตำแหน่งของเซลล์ได้ยาก และลดปัญหาความเข้ากันได้ทางชีวภาพในวัสดุปลูกฝังไททาเนี่ยม เนื่องจากเป็นเนื้อเยื่อที่สร้างจากเซลล์ของผู้ป่วยเอง
องค์ความรู้จากการสร้างแผ่นเซลล์กระดูกอ่อนนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับระบบเลี้ยงเซลล์อัตโนมัติ ซึ่งเป็นระบบที่สามารถควบคุมสภาวะการเลี้ยงเซลล์กระดูกอ่อนที่ปลอดเชื้อในปริมาณมากได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการนำไปใช้ในกระบวนการสร้างเป็นผลิตภัณฑ์แผ่นเซลล์ นอกจากนี้กรณีที่ผู้ป่วยบางรายไม่มีกระดูกอ่อนดีเหลืออยู่ การนำเอาเซลล์ต้นกำเนิดชนิดมีเซนไคม์ (mesenchymal stem cells) มาเปลี่ยนเป็นเซลล์กระดูกอ่อนก่อนนำไปสร้างเป็นแผ่นเซลล์แปะกลับไปให้ผู้ป่วยนั้น ยังเป็นอีกหนึ่งองค์ความรู้ที่คณะผู้วิจัยมุ่งพัฒนาเพื่อเป็นอีกหนึ่งทางเลือกให้ผู้ป่วยได้เข้าถึงการรักษามากยิ่งขึ้น
Osteoarthritis (OA) is one of the most common diseases in the elderly, which is caused by degradation or loss of articular cartilage. Currently, numerous treatments have been used to repair articular cartilage damage including physiotherapy, medicine and knee replacement surgery using titanium alloys. Moreover, autologous chondrocyte implantation (ACI) has recently been developed as another effective therapeutic option for the treatment of articular cartilage injury. After patients received implantation, most cases reported a clinical improvement by showing a defect filling similar to a normal cartilage. However, the shape and location of the injected chondrocytes were difficult to control; thus, the cells could not be totally retained around the target organs or tissues. To solve this problem, transplantation of chondrocyte cell sheets, in which the cells form a sheet-like construct, has been suggested as an attractive option for the treatment of cartilage damage due to its ease of handling.
The treatment of cartilage damage using cell sheet technology in Thailand was proposed by Professor Saranatra Waikakul, M.D. and Dr. Pojchong Chotiyarnwong, M.D. from the Department of Orthopedic Surgery, Faculty of Medicine Siriraj Hospital Mahidol University. This concept, thus, resulted in the initiative of the research project entitled “Construction of a Multilayered Chondrocyte Cell Sheet for the Treatment of Articular Cartilage Damage” by Dr. Sopita Wongin and Associate Professor Dr. Kwanchanok Pasuwat from the Biological Engineering Program, Faculty of Engineering, King Mongkut’s University of Technology Thonburi (KMUTT). This research was mainly supported by the Royal Golden Jubilee Ph.D. Program (Grant No. PHD/0016/2555) from the Thailand Research Fund. Now, Dr. Wongin is a postdoctoral research fellow of Automated Cell Kulture (ATK), KMUTT and continues her research with the main goal of treating damaged cartilage with chondrocyte cell sheets.
Dr. Wongin said, “The chondrocyte cell sheets were constructed with patient derived chondrocytes using a temperature-responsive polymer, which facilitates cell harvesting with their extracellular matrix. The harvested cell sheet can also be stacked upon each other to create a thicker tissue. In this research, the researchers successfully constructed chondrocyte cell sheets that resembled a thin layer of white glossy tissue on cartilage. The changes of the stress fiber formation in the chondrocyte cell sheets, which were constructed by different cell harvesting techniques, affected the production of collagen type II (the main protein in cartilage) and the quality of the chondrocyte cell sheets.” As a consequence, the researchers are currently studying the evaluation of articular cartilage response in New Zealand White Rabbits to human chondrocyte cell sheets, which is financially supported by the Health Systems Research Institute (HSRI). It is believed that the chondrocyte cell sheets would be able to overcome the problem concerning the location of injected chondrocytes with ACI technique, and the problem of the biocompatible limitation of titanium alloys.
The successful construction of chondrocyte cell sheets with improved chondrogenic activity can be carried out using an automated cell processing system. With automation, this would allow for highly reproducible cell culture and reduce any possible bacteria contamination, which would be beneficial for commercialization of chondrocyte cell sheets in the future. Moreover, the researchers have been attempting to construct chondrocyte cell sheets using mesenchymal stem cells as another treatment option for patients whose cartilage has been completely damaged. It is strongly believed that regenerative medicine-based treatment strategies for OA using chondrocyte cell sheets would be more affordable for the Thai people.
