Method Article
Rekonstrüktif cerrahi için doku mühendisliği implantları, karmaşık ve pahalı iskele bileşenleri içeren zahmetli ex vivo kültürleme nedeniyle nadiren klinik öncesi çalışmaların ötesine geçer. Burada, otolog mikrogreftler içeren erişilebilir kollajen bazlı tübüler iskele ile üriner diversiyon için tasarlanmış tek aşamalı bir prosedür sunuyoruz.
Rekonstrüktif ameliyatlar genellikle greftleme dokusu eksikliği nedeniyle zorlanır. Ürogenital malformasyonların tedavisinde, konvansiyonel çözüm, hastada normal fonksiyonu yeniden sağlamak için bol miktarda olması nedeniyle ortotopik olmayan rekonstrüksiyon için gastrointestinal doku toplamaktadır. Vücuttaki doğal dokuların yeniden düzenlenmesinden sonraki klinik sonuçlar genellikle önemli morbidite ile ilişkilidir; Bu nedenle, doku mühendisliği bu cerrahi alanında özel bir potansiyele sahiptir. Önemli ilerlemelere rağmen, doku mühendisliği iskeleleri, esas olarak malzeme, üretim ve implantasyonun maliyetli ve karmaşık gereksinimleri nedeniyle geçerli bir cerrahi tedavi alternatifi olarak henüz kurulmamıştır. Bu protokolde, üriner diversiyon için bir kanal olarak tasarlanmış, otolog organa özgü doku parçacıkları ile gömülü, basit ve erişilebilir kollajen bazlı tübüler bir iskele sunuyoruz. İskele, birincil cerrahi prosedür sırasında inşa edilir, yaygın olarak bulunan cerrahi malzemeleri içerir ve geleneksel cerrahi beceriler gerektirir. İkinci olarak, protokol, implantasyon sonrası kısa vadeli in vivo sonuçları değerlendirmek için tasarlanmış bir hayvan modelini tanımlar ve prosedürde ek varyasyonlar olasılığı vardır. Bu yayın, otolog doku ve tübüler bir formun kullanımına özel önem vererek, prosedürü adım adım göstermeyi amaçlamaktadır.
Ürogenital malformasyonlarda, genellikle hayati bir endikasyon üzerine fonksiyonel anatomiyi eski haline getirmek için rekonstrüktif cerrahi gerekebilir 1,2. Konvansiyonel cerrahi yaklaşımlar, hatalı biçimlendirilmiş veya eksik organları yeniden yapılandırmak için diğer organ sistemlerinden (gastrointestinal sistem gibi) doğal dokuları kullanmıştır; Bununla birlikte, sıklıkla ciddi postoperatif komplikasyon riski ile 3,4. Uzun süreli kateterizasyona ihtiyaç duyan nörojenik mesane disfonksiyonu olan hastalar için üriner diversiyon durumunda, apendiks veya yeniden uyarlanmış ince bağırsak segmentleri genellikle bir idrar kanalı oluşturmak için kullanılır 5,6. Doku mühendisliği, organa özgü özellikleri karşılayacak şekilde uyarlanabilen alternatif bir greftleme dokusu sunar ve böylece hastalar için postoperatif morbiditeyi en aza indirir 7,8. Çeşitli türlerdeki iskeleler kendi başlarına implante edilebilirken, tercihen otolog hücrelerle ek iskele hücreselleşmesinin implantasyon sonrası rejeneratif sonuçları iyileştirdiği gösterilmiştir 9,10,11,12,13,14. Bununla birlikte, doku mühendisliği iskeleleri genellikle karmaşık ve maliyetli bileşenlerden oluşur ve ikincisi, ex vivo hücre kültürü ve iskele tohumlama gereksinimleri zahmetli ve kaynak yoğundur. Bu faktörler, bu alanda onlarca yıl süren araştırmalara rağmen, doku mühendisliği iskelelerinin klinik çevirisini engellemiştir. Karmaşıklığın yanı sıra parasal ve materyalist gereksinimleri azaltarak, doku mühendisliği iskeleleri modern cerrahide hem nadir hem de daha yaygın prosedürleri ele alan geniş bir ölçekte uygulanabilir.
Kollajen daha önce hücre genişlemesi için uygun bir platform olarak kurulmuştur ve ayrıca hücreleri veya dokuyu cerrahi implantasyon için bir iskeleye bağlarken uygun bir biyo-yapıştırıcı görevi görür 15,16,17. Perioperatif otolog mikrogreftleme, birincil prosedür sırasında ilgilenilen dokuyu toplayarak ve doğrudan yeniden implante ederek ex vivo hücre kültürü ihtiyacını ortadan kaldırır. Rezeke edilen dokuyu daha küçük parçacıklar halinde kıyarak, yüzey alanı ve büyüme potansiyeli arttırılır, bu da iskele18 üzerinde daha büyük bir genleşme oranına izin verir. Kollajen bazlı iskele, özellikle ürogenital rekonstrüksiyonlara bağlı kalmaz, ancak teorik olarak içi boş organ rekonstrüksiyonunun birden fazla alanına uygulanabilir.
Bu yazıda, hem kollajeni gömülü otolog ürotelyal mikrogreftlerle birleştiren boru şeklinde bir iskele inşası için bir protokol hem de iskelenin teknik fizibilitesi ve güvenliğinin yanı sıra rejeneratif performansını in vivo olarak değerlendiren bir minipig modeli sunuyoruz. Model, burada sunulan protokol ve yöntem kullanılarak 10 tam yetişkin dişi minipigde değerlendirildi. İskelenin ana avantajı, yapının basitliği ve tek aşamalı implantasyondur, bu da hastayı sonraki birkaç cerrahi prosedürden korur. İşlem, geleneksel cerrahi ortamlarda düzenli cerrahi personel tarafından yapılabilir ve standart ekipman ve malzeme gerektirir. Hayvan modeli, implantasyonu incelemek için kontrollü bir ortama izin verirken, hayvan kolayca normal davranışa dönerken, iskele ve prosedürde değişiklikler uygulama olasılığı da eklenir.
Bu deney, hayvan deneklerin laboratuvar kullanımına ilişkin Avrupa mevzuatına uygun olarak ve Danimarka Gıda ve Tarım Bakanlığı tarafından verilen etik izin alındıktan sonra AAALAC tarafından akredite edilmiş bir deney tesisinde gerçekleştirilmiştir (Ref. no. 2022-15-0201-01206).
1. Cerrahi prosedür
2. İskele yapımı
3. Ameliyat sonrası yönetim
4. Ölüm sonrası değerlendirmeler
Bu çalışmada, kollajen bazlı tübüler bir iskelede in vivo ürotelyal doku genişlemesi sağlanmıştır. İskeleyi perioperatif olarak toplanan ve işlenen otolog doku parçacıkları ile gömerek, prosedür, ameliyat sonrası eşzamanlı immünosupresif tedaviye gerek kalmadan tek aşamalı iskele implantasyonuna izin verir. Cerrahi kullanım, iskelenin biyolojik olarak parçalanabilen bir ağ ve stent ile güçlendirilmesiyle sağlanır (Şekil 1). 6 haftalık gözlemden sonra, makroskopik doku değerlendirmesi konak reddi veya enfeksiyon belirtisi göstermedi ve tübüler iskele açık ve engelsiz olarak ortaya çıktı (Şekil 2). Histolojik değerlendirmelerden, iskelenin tamamını kaplayan ürotelyal kökenli tabakalı bir luminal epitel görülmektedir ve takviye edici biyomateryallerin kalıntıları 6 hafta sonra hala görülebilmektedir (Şekil 3).
Şekil 1: İskele yapımı ve implantasyonu. Mesane dokusu perioperatif olarak diseke edilir (sol üst). Kıyılmış mukozal mikrogreftler cerrahi bir ağ (üst orta) üzerine genişletilir ve katılaşmış kollajen içine gömülür (sağ üst). Kollajen suyu dışarı atmak için sıkıştırılır ve bir stent hazırlanır (sol altta). İskele stentin etrafına boru şeklinde yerleştirilir ve stentin içine (alt, orta) bir ACE tıpa yerleştirilir. Mesane kısmen kapatılır ve yapı son olarak orijinal doku eksizyonu bölgesinde (sağ altta) mesaneye dahil edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: İskele makroskopik değerlendirmesi. 6 hafta sonra, hayvana ötenazi yapılır ve iskele (ok) cilt seviyesinde (sol üst) disseke edilir. Mesane kontrast (sarı) ile doldurulur ve kanalı (ok) açıklık ve darlık oluşumu belirtileri (sağ üst) açısından değerlendirmek için BT taraması yapılır. 6 hafta sonra mesaneyi ve anastomozu (ok) değerlendirmek için üretra yoluyla sistoskopi yapılır (sol altta). Kanal, dış açıklıktan ve mesaneye (sağ altta) bir kateter (ok) yerleştirilerek açıklık açısından bir kez daha test edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: İskele mikroskobik değerlendirmesi. Rezeke edilen kanal fikse edilir ve kanalı proksimal-distal yönde değerlendirmek için ortogonal enine kesitler yapılır. 6 hafta sonra, epitelizasyonu doğrulamak için kanal lümeni (1) değerlendirilir (büyütülmüş üst). Biyolojik olarak parçalanabilen stent (2) ve ağ malzemelerinin (büyütülmüş alt) kalıntıları bu noktada hala görülebilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bu protokol, gelecekteki rekonstrüktif ameliyatlar için basit ve ulaşılabilir bir teknik sunar. Otolog hücre genişlemesi de dahil olmak üzere doku mühendisliğinde yaygın bir dezavantaj, cerrahi implantasyondan önce gerekli olan pahalı ve önemli hazırlık adımlarıdır. Otolog mikrogreftleme, bu adımların çoğunu basitleştirebilir ve potansiyel olarak tek aşamalı prosedürlere izin verebilir. Kompleks histolojik varlıkların otomatik nakledilmesiyle, pro-rejeneratif parakrin sinyalleme indüklenir18. Daha önceki çalışmalarda, mikrogreftlerin tek başına bir iskeleye uygun şekilde bağlanmadıkça fiziksel ortamlara karşı savunmasız olduğunu deneyimlemiştik 15,19. Kolajen, in vitro doku genişlemesi için uygun bir ortam olarak incelenmiştir ve uygun biyouyumluluğu ve ticari mevcudiyeti nedeniyle amacımız için seçilmiştir. Burada sunulan kompozit iskele daha önce mikrogreft gömme ve kollajen konsantrasyonlarındaki varyasyonları değerlendiren in vitro deneyler sırasında optimize edilmiştir 20,21,22. İn vivo testlerden önce, geçirgenlik, biyomekanik ve bozunma ile ilgili iskele özellikleri in vitro20 olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca, in vivo iskele bazlı doku genişlemesi daha önce kemirgen ve tavşan modellerindedoğrulanmıştır 21,22.
Cerrahi model, pediatrik veya ergen hastalarda nörojenik mesane disfonksiyonu için üriner diversiyonun klinik ortamını taklit eden iskelenin tübüler bir versiyonunu değerlendirmek için seçildi. Kritik adımlar, mukozal mikrogreftlerin tam diseksiyonunu ve rezeksiyon zamanından iskele gömülmesine kadar nemli bir ortamın korunmasını içerir. Diğer bir kritik adım, uygun hidrojel katılaşmasını içerir; Kollajenin dikkatli bir şekilde pipetlenmesi, jel içinde hava kabarcıklarının oluşmamasını sağlar ve doğru sıcaklık ayarları ve bileşen çözeltileri, jelin düzgün şekilde katılaşmasını sağlar. Katılaşmış bir jel elde edilmemesi, kollajen delaminasyonu ve mikrogreft dekolmanı riskini artıracaktır. Cerrahi kısım için, mekanik travma veya ayrışma nedeniyle mikrogreftlere zarar vermemek için implantasyon sırasında dikkatli kullanım çok önemlidir. Karın kapatılmadan önce, mesaneyi sıvılarla şişirerek sıvı açıklığı dikkatlice ele alınmalıdır.
Tekniğin sınırlamaları, besin maddelerinin dış ortamdan mikrogreftlere difüzyonu ile ilgili sezgisel olarak üst sınırlara sahip olan iskelenin kalınlığını içerir. Öte yandan, iskele kalınlığındaki bir azalma, uygun olmayan şekilde yüksek geçirgenliğe ve idrar sızıntısına neden olabilir. Mevcut bileşimimiz, değişen kollajen konsantrasyonlarında hücre yenilenmesininkarşılaştırıldığı önceki in vitro değerlendirmelere dayanmaktadır 20. Otolog dokuların mikrogreftlenmesi aynı zamanda sağlıklı greft dokusuna dayanır, bu da mevcut prosedürü kanserli yeniden transplantasyon riskinin uygun şekilde göz ardı edilemediği malign hastalıklar için uygun hale getirmez23; Bununla birlikte, mevcut teknik, bunun bir risk olarak kabul edilmediği fonksiyonel işeme bozukluğu olan vakalar için tasarlanmıştır. Model, klinik ortamdan (yani apandisikovezikostomi prosedürü) birkaç adımı taklit etse de, bu deney, kanal distal olarak bağlandığından, üriner diversiyon için tamamen işlevsel bir stoma kullanmaz. Ayrıca, klinik komplikasyonlar yaşam boyu ortaya çıkabileceğinden, 6 haftalık bir gözlem süresi, darlıklar ve kontinans ile ilgili spesifik sonuçlar hakkında sınırlı bilgi sağlayabilir. Bu nedenle, iyileşmiş kanal cilt seviyesine anastomoz edildikten sonra çalışmaya 6 aylık ek bir takip eklenebilir.
Bu tekniğin perspektifi, mikrogreft doku kökenli ve destekleyici biyomateryalin diğer ilgili alternatiflerle değiştirilmesi durumunda evrensel uygulamalara olanak tanıyan basit tasarımla ilgilidir. Bu bileşenler, iskele mukavemeti, elastikiyet ve biyolojik bozunma ile ilgili organa özgü amaçlara uyacak şekilde değiştirilebilir. Son olarak, erişilebilir ve düşük maliyetli harcamalar, tekniğin tekrarlanabilirliğine ve genişletilmiş bir çevirisine izin verir.
Yazarların beyan edebilecekleri herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Yazarlar, Kopenhag Üniversitesi Deneysel Tıp Bölümü (AEM) personeline, hayvan ameliyatları ve yetiştiriciliğinin planlanması ve yürütülmesi konusunda yardım için ve ELLA-CS, sro, Hradec Kralove, Çek Cumhuriyeti, çalışmada kullanılan özelleştirilmiş biyobozunur stentler sağladıkları için teşekkür eder. İsveç Tıbbi Araştırma Derneği, Promobilia Vakfı, Rydbeck Vakfı, Samariten Vakfı, Pediatrik Sağlık Hizmetleri Vakfı, Stockholm'deki Frimurare Barnhuset Vakfı ve Novo Nordisk Vakfı (NNFSA170030576) tarafından mali destek sağlandı.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10x MEM | Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham, US | 2517592 | Collagen preparation |
1x MEM | Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham, US | 2508924 | Collagen preparation |
Ambu aScope 4 Cysto | Ambu A/S, Ballerup, DK | 1000682507 | Cystoscope |
Aquaflush ACE stopper | Abena, Taastrup, DK | ACE12/220501 | ACE stopper |
Borgal vet inj opl 200 + 40 mg/mL | Ceva Animal Health A/S | 510460 | Sulfonamide/Trimethoprim |
Bupaq multidose vet 0.3 mg/mL | Salfarm Danmark A/S, DK | 502763 | Buprenorphin |
Butomidor vet inj 10 mg/mL | Salfarm Danmark A/S, DK | 531943 | Buthorphanol |
Comfortan vet inj 10 mg/mL | Dechra Veterinary Products A/S, DK | 492312 | Metadone |
Ethilon suture 3-0 | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | SGBCXV | Monofilament non-resorbable |
Fentanyl inj 50 µg/mL(hamel) | Hameln Pharma ApS, DK | 432520 | Fentanyl |
Ketador vet inj 100 mg/mL | Salfarm Danmark A/S, DK | 115727 | Ketamine |
Metacam inj 20 mg/mL t.cattle/pig/horse | Boehringer Ingelheim Animal, DE | 6443 | Meloxcicam |
Metacam oral suspension 15 mg/mL pigs | Boehringer Ingelheim Animal, DE | 482780 | Meloxcicam |
Omnipaque | GF Healthcare, Oslo, NO | 16173849 | Contrast for CT |
Pancytokeratin CK-AE | DAKO Agilent, US | GA053 | Clone AE1/AE3 |
PDS suture 3-0 | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | SEMMTQ | Monofilament slow-resorbable |
Prolene suture 4-0 | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | PGH187 | Monofilament non-resorbable |
Propolipid t.inj/inf 10 mg/mL | Fresenius Kabi, DK | 21636 | Propofol |
Rat-tail collagen type I | First Link Ltd, Wolverhampton, UK | 60-30-810 | 2.06 mg/mL protein in 0.6% acetic acid |
Suprim vet 20 + 100 mg (Solution for use in drinking water) | Dechra Veterinary Products A/S, DK | 33661 | Sulfonamide/Trimethoprim |
SX-ELLA Degradable Biliary DV stent | ELLA-CS, Trebes, CZ | S23000056-01 | ø 6 mm x 60 mm |
Vicryl mesh | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | VM1208 | Mesh |
Vicryl suture 4-0 | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | SMBDGDR0 | Braided fast-resorbable |
Xysol vet inj 20 mg/mL | ScanVet Animal Health A/S, DK | 54899 | Xylazine |
Zoletil 50 vet plv/sol t.inj 25 + 25 mg/mL | Virbac Danmark A/S, DK | 568527 | Tiletamine and Zolazepam |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır