Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

5.4.2.2.2. Тканевая инженерия хрящевых структур головы и шеи с использованием аутологичных хондроцитов

При создании тканеинженерных конструкций для реконструкции головы и шеи хондроциты выделяются из носовой перегородки (гиалиновый хрящ) или ушной раковины (эластичный хрящ). В частности, для аурикулярной реконструкции у пациентов с микротией деформированный хрящ уха является идеальным источником хондроцитов (Kamil S.H., et al., 2004; Melgarejo-Ramírez Y., et al., 2016). Хондроциты, выделенные из носовой перегородки или ушной раковины, были более пролиферирующими, чем ожидалось ранее (Zhang L., et al., 2014; Tay A.G., et al, 2004). Что еще более важно, инженерный хрящ, образованный этими хондроцитами, сохраняет стабильный фенотип и функцию без оссификации. Поскольку в большинстве случаев при реконструкции головы и шеи требуется, чтобы сконструированный хрящ имел определенные формы, такие как ушная раковина, трахея, гортань или нос, предпочтительны синтетические леса с сильными механическими свойствами, которые легко формируются и которые не изменяются во время культивирования (Liua Y., et al., 2017).

В настоящее время существует критическая потребность в инженерии неотрахеи, поскольку в настоящее время нет достаточно эффективных методов лечения стенозов, затрагивающих большие участки дыхательных путей (Dikina A.D., et al., 2015). На протяжении почти 25 лет предпринимаются попытки восстановления дефектов трахеи с использованием методов тканевой инженерии (Vacanti C.A., et al., 1994; Sakata J. et al., 1994). Первоначально трахея считалась, пожалуй, наиболее, удобным «стартерным органом», на котором можно было сконцентрировать усилия тканевой инженерии из-за относительно простой анатомии и «основной» первичной функции. Таким образом, регенеративные подходы к реконструкции трахеи были в авангарде движения по созданию тканеинженерных конструкций для замены органов и тканей. Преобладающими клеточными мишенями в тканевой инженерии трахеи были хондроциты и респираторный эпителий. Хондроциты образуют структурную основу трахеи, а псевдостратифицированный столбчатый эпителий обеспечивает функциональные характеристики нативных дыхательных путей и в том числе формирует барьер для инфекции и увлажнение. Для достижения этих результатов многие типы клеток использовались отдельно или в комбинации, включая хондроциты, эпителиальные клетки, фибробласты, жировую ткань (Batioglu-Karaaltin A., et al., 2015; Nomoto M., et al., 2013; Luo X., et al., 2013). Метод ларинготрахеопластики предполагает использование интерлотационной трансплантации хряща для лечения стенозов дыхательных путей.

Исследованы механические свойства целостности и жесткости хондроцитов, полученных из суставного, ушного и носового хряща среди которых обнаружены хондроциты, аурикулярного происхождения с ожидаемыми гистологическими характеристиками, превосходящих свойства клеток, полученные из других источников. В экспериментах in vivo использование аутологичного аурикулярного хряща показало позитивные результаты без деградации хряща и проявления каких-либо побочных эффектов, тогда как при использовании тканеинженерного материала зафиксирована деградация имплантированного неохряща и побочные реакции. Включение клеток-реципиентов в тканевую инженерию для замены трахеи имеет решающее значение для выживаемости трансплантата и, после оптимизации, включение экзогенных клеток может непосредственно улучшить функциональность трансплантата. Подход, основанный на трехмерной аутологичной тканевой инженерии трахеи, позволяет увеличить образование ткани de novo в биомиметической среде, в которой отсутствует экзогенный каркас. Повышенная межклеточная связь и сигнализация в системе без каркаса могут усилить синтез и ремоделирование внеклеточого матрикса, а также обеспечить больший потенциал для интеграции тканей при имплантации (Tan Q., et al., 2006). В культуральных системах без каркаса в целях создания хряща для реконструкции трахеи (Weidenbecher M., et al., 2008; Athanasiou K.A., et al., 2013), в качестве источника клеток использовались полностью дифференцированные хондроциты. Инженерная конструкция с зрелыми клетками требует проведения биопсии из существующих тканей, что может вызвать повреждение на донорском участке, а также потенциальную потерю или функция органа-донора. Эти проблемы особенно актуальны в случае хряща, где может потребоваться инвазивная хирургиия. К тому же изолированные хондроциты, склонны терять свою функцию во время клеточного роста (Tani G., et al., 2010). Из-за этих проблем, клиническое использование полностью дифференцированных хондроцитов для аутологичной тканевой инженерии хрящей может быть существенно затруднено.

Были изучены различные стратегии замены трахеи, включая искусственные протезы без клеток (Omori K., et al., 2005; Tatekawa Y., et al., 2010), аутотрансплантаты (Fabre D., et al., 2013; Ch′ng S., et al., 2014), нативные или децеллюляризированные аллотрансплантаты, которые засеяны клетками реципиента и аутологичные de novo тканевые конструкции (Kunisaki S.M., et al., 2006; Komura M., et al., 2013). Несмотря на широкий диапазон подходов, каждый из них имеет существенные недостатки. Показано, что хрящевые ткани могут быть образованы путем трансплантации хондроцитов в каркасах из полигликолевой кислоты (Cao Y.L., et al., 1998; Kojima K., et al., 2003). Была предложена биодеградируемая сетчатая конструкция из полигликолевой кислоты засеянная альгинатно-инкапсулированными аутологичными хондроцитами, которая может способствовать росту in situ жизнеспособного хряща (Grimmer J.F., et al., 2004). Кроме того, предполагалось, что использование интратрахеального стента из поли-L-молочной кислоты (Robey T.C. et al., 2000) может обеспечить жесткую поддержку реконструированного сегмента трахеи, пока не произойдет рост нового хряща. Однако смертность была очень высокой у животных, которые прошли реконструкцию трахеи с конструкциями из полигликолевой кислоты и у всех стентированных животных, хотя у выживших животных наблюдалось образование хряща на участке восстановления трахеи.

Luo X. et al. (2009) сообщили об успешной подкожной генерации трубчатого хряща у аутологичного кролика. Однако при использовании этого трубчатого хряща для устранения сегментального дефекта трахеи у аутологичного кролика возникли проблемы развития стеноза дыхательных путей (вызванного чрезмерным ростом грануляционной ткани), коллапса дыхательных путей (вызванного размягчением хряща) и отсутствия эпителизации слизистой оболочки. Для решения этих проблем была предложена усовершенствованная стратегия, которая включала предварительную культуру in vitro, созревание in vivo, и предварительную васкуляризацию трансплантатов тканеинженерной трахеи, а также использование силиконового стента. Результаты показали, что двухступенчатая стратегия предварительной культуры in vitro плюс имплантация in vivo может успешно регенерировать трубчатый хрящ с механической прочностью, аналогичной нативной трахее у иммунокомпетентных животных. Использование силиконовых стентов эффективно подавляло разрастание гранулята, предотвращало стеноз дыхательных путей и, таким образом, значительно повышало выживаемость на ранней стадии после операции. При внутримышечной имплантации и трансплантации с лоскутом мышечной ткани, установившееся стабильное кровоснабжение тканеинженерных трансплантатов, гарантировало поддержание структуры и функции трубчатого хряща, ускорило эпителизацию трансплантатов и, таким образом, реализовало долгосрочную функциональную реконструкцию сегментарных дефектов трахеи. Интеграция всех этих улучшенных стратегий, наконец, обеспечила долгосрочное выживание животных: 60 % кроликов выжили в течение 6 месяцев. Текущая улучшенная стратегия обеспечила многообещающий подход для долговременной функциональной реконструкции сегментарного дефекта трахеи (Luo X., et al., 2013).

В недавнем сообщении (Dennis J.E. et al., 2018) представили результаты применения тканеинженерной композитной конструкции трахеи с использованием аутологичных хондроцитов кроликов. Разработанные конструкции, состоящаие из аутологичных клеток (неотрахеи), были протестированы в экспериментах на новозеландских кроликах. Неотрахеи образовывались на шее кролика путем обертывания силиконовой трубки с последовательными слоями эпителия кожи, подкожной мышцы шеи (платизма) и спроектированного хрящевого листа. Эта конструкция созревала в течение 8–12 недель. Неотрахеи, считающиеся достаточно сформированными, использовались для восстановления сегментарных дефектов трахеи. Кролики, подвергшиеся сегментарной реконструкции, показали хорошую интеграцию трахеи, имели жизнеспособный эпителий с сосудистой структурой, и хрящ был достаточно сильным, чтобы поддерживать просвет при пальпировании. Результаты показали, что жизнеспособные, трехслойные неотрахеи, построенные из аутологичных клеток, могут быть интегрированы в нативную трахею для восстановления сегментарного дефекта.

По данным современного обзора, в котором представлены последние достижения в области тканевой реконструкции трахеи (Chiang T., et al., 2016) в 2008 году первую сегментарную тканеинженерную конструкцию имплантировали пациенту с тяжелым бронхиальным стенозом после лечения туберкулеза. С тех пор было опубликовано 9 отчетов об имплантациях тканеинженерной трахеи у людей в которых общей сложности было зарегистрировано 15 пациентов, перенесших замену трахеи (Macchiarini P., et al., 2008; Gonfiotti A., et al., 2014; Jungebluth P., Macchiarini P., 2014; Elliott M.J., et al., 2012; Hamilton N.J., et al., 2015; Delaere P., et al., 2010; Jungebluth P., et al., 2011). Устранение крупных сегментарных дефектов трахеи остается во многом нерешенной проблемой. Применение тканеинженерных конструкций трахеи обеспечивает многообещающий подход для решения этой задачи, но пока не удалось достичь прорыва в этом направлени регенеративной медицины.