Поиск Кабинет

Применение в тканевой инженерии крупных сосудов трансплантатов на основе аутогенных мононуклеарных клеток костного мозга

Гены & Клетки: Том IV, №3, 2009 год, стр.: 37-41

 

Авторы

Григорян А.С., Кругляков П.В.

ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ СКАЧАТЬ СТАТЬЮ В ФОРМАТЕ PDF ВАМ НЕОБХОДИМО АВТОРИЗОВАТЬСЯ, ЛИБО ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

В настоящее время эффективность операций по замене пораженных атеросклерозом и стенозированных крупных сосудов аутотрансплантатами, а также операций по ангиопластике, направленных на коррекцию врожденных дефектов сердечнососудистой системы, весьма невелика, и зачастую пациентам требуются повторные операции. В связи с этим необходима разработка искусственных тканеинженерных конструкций, обладающих достаточной прочностью и способных со временем замещаться тканями реципиента, обеспечивая формирование функционального сосуда. Обзор посвящен наиболее успешным доклиническим и клиническим исследованиям по данному направлению.

Введение

Одним из перспективных направлений тканевой инженерии является разработка биотрансплантатов для использования в сердечно-сосудистой хирургии. Необходимость создания таких трансплантатов очевидна. Например, сегодня для такой распространенной операции на сердце, как аорто-коронарное шунтирование (АКШ), применяются аутогенные трансплантаты большой подкожной вены бедра. Несмотря на практически нулевой риск отторжения, по своим механическим свойствам они не вполне соответствуют динамическим нагрузкам, которым подвергаются после установки. Более того, сам процесс их получения весьма травматичен для пациентов. Ранняя смертность после операции АКШ составляет около 8%, трехлетняя выживаемость — около 80%, а спустя 10 лет после операции примерно 50% пациентам требуется повторная операция в связи с тем, что трансплантат стенозируется [1].

Разработка синтетических биотрансплантатов — сложная задача, так как внутренняя поверхность трансплантата должна контактировать с кровью, не приводя к ее свертыванию и образованию тромбов, а сам трансплантат должен выдерживать существенные динамические нагрузки. Такие материалы, как дакрон и политетра-флуороэтилен, из которых в настоящее время изготавливают стенты и сосудистые трансплантаты, несмотря на подходящие механические характеристики, провоцируют тромбообразование, обызвествление внутренней стенки трансплантата и особенно областей его соприкосновения с тканями реципиента [2].

Чтобы предотвратить эти нежелательные явления, в разные годы предпринимались попытки покрытия внутренней поверхности трансплантата гепарином, оксидом полиэтилена, а также заселения ее аутогенными эндотелиальными и гладкомышечными клетками, выделенными из биоптатов собственного сосуда реципиента. Данные подходы показали свою эффективность в краткосрочных клинических испытаниях, однако обычно трансплантаты на основе синтетических материалов требуют в скором времени (через 2—3 года после установки) повторной операции и их замены [3].

Сегодня исследователи и клиницисты возлагают большие надежды на коллагеновые структуры и бескле-точные аллогенные и ксеногенные (изготовленные из крупных сосудов или перикарда сельскохозяйственных животных) трансплантаты, предоставляющие оптимальные условия для адгезии, пролиферации и дифферен-цировки аутогенных и аллогенных гладкомышечных, эндотелиальных клеток и фибробластов [4—8]. Тем не менее, и такие трансплантаты после установки зачастую требуют повторных операций, подвергающих опасности жизнь пациента [9, 10], причем ранняя смертность после таких операций составляет примерно 2%, а десятилетняя выживаемость — около 60—70% в зависимости от материала, из которого изготовлен трансплантат, его локализации и прочих условий.

Анализ литературных данных по экспериментальным и клиническим работам в данной области позволяет из всего многообразия разрабатываемых подходов выделить наиболее многообещающие методики и сравнить их эффективность для применения в клинике.

Тканевая инженерия сосудов: методики и их эффективность

Результаты доклинических испытаний

Тканевая инженерия сосудов насчитывает на сегодняшний день около двух десятилетий (первая попытка создания настоящей тканеинженерной сосудистой структуры in vitro была предпринята в 1986 г. [11]). За это время исследователи добились весьма впечатляющих результатов [табл.], а в 1999 г. в Японии была проведена первая успешная трансплантация искусственного сосуда, созданного на основе биодеградируемого матрикса из сополимера полилактида и полигликолиевой кислоты, заселенного аутогенными эндотелиальными клетками, выделенными из биопсийного материала периферической подкожной вены пациентки. Трансплантат был применен для реконструкции подвергшейся окклюзии легочной артерии [12].

Как оказалось, абсолютное большинство перечисленных выше трансплантатов не подходит для использования в клинике. На наш взгляд, основной причиной этого является не оптимальное время биодеградации трансплантата, так как в случае, если время разрушения трансплантата в организме реципиента не соответствует времени образования нормальных тканей сосуда, это приводит либо к риску разрыва трансплантата и кровотечения (в случае, если трансплантат разрушается быстрее, чем необходимо), либо к дистрофическим изменениям в стенке сосуда, включая петрификацию трансплантата, если он остается в организме реципиента дольше необходимого времени.

На сегодняшний день успешные клинические испытания были проведены только с использованием трансплантатов на основе сополимеров поли-Ь-молочной кислоты, изготовленные с некоторыми модификациями по методике, предложенной G. Matsumura [22]. Под «успешностью» подразумевается стабильный в течение почти десяти лет положительный результат [22].

Клинические испытания тканеинженерных трансплантатов сосудов

В 1999 г. группа кардиохирургов из Японии под руководством Тошихару Шиноки (Т. Shinoka) начала клинические испытания тканеинженерных эквивалентов сосудов на основе сополимеров поли-Ь-молочной и по-лигликолиевой кислот [12, 26].

Ранее этими исследователями был проведен ряд успешных доклинических испытаний тканеинженерных сосудов на синтетической основе, выполненных на собаках [19] и овцах [27—29]. После начала клинических испытаний в 1999 г. были проведены операции 25 пациентам. Возраст пациентов колебался от 1 до 21 года. У всех пациентов наблюдались множественные врожденные аномалии сердечнососудистой системы, включающие в различных комбинациях два выходных отверстия правого желудочка, дефект межжелудочковой перегородки, дефект митрального клапана, недоразвитие левого желудочка и присутствовавшую во всех случаев атрезию правой либо левой легочной артерии. Большинству пациентов ранее уже проводились хирургические операции на сердце. Т. Шинока и его коллеги провели пациентам модифицированную операцию Фон-тена, при которой трансплантат устанавливался между нижней полой веной и легочной артерией, не только служа шунтом, но и замещая участок легочной артерии с атрезией в области ее отхождения от легочного ствола (рис.).

Обычно при операции Фонтена, необходимой для разделения системного и легочного кровотока путем отведения венозной крови из правого предсердия в легочную артерию, производится, если возможно, прямое соединение правого предсердия и легочного ствола, либо легочного ствола и нижней полой вены. Ранняя смертность после этой тяжелой операции составляет около 48% [30].

В клинических испытаниях применялось три разновидности клеточного материала.

1. Клетки, выделенные из подкожных вен пациентов (п = 3). В этом случае смешанную популяцию клеток, состоящую из эндотелиоцитов и гладкомышечных клеток, высевали с помощью пипетирования на матриксы, культивировали на них в течение недели и затем трансплантировали.

2. Цельный костный мозг (п = 7). На матриксы с помощью пипетирования наносились аспираты аутогенного костного мозга без проведения какой-либо сепарации клеточных популяций. Перед применением матриксы с клетками находились в культуральной среде in vitro в течение 2—4 часов.

3. Мононуклеарная фракция костного мозга, выделенная из аспиратов аутогенного костного мозга с помощью центрифугирования в градиенте плотности на перколле Сп = 13D. Клетки, как и в предыдущем случае, высевали на матрикс, культивировали на нем в течение 2^4 часов, а затем проводили трансплантацию.

Из всех пациентов только у одного через четыре года после установки трансплантата наблюдался его стеноз, из-за чего потребовалась повторная трансплантация. У остальных пациентов в течение 5^6-летнего периода наблюдения не было отмечено осложнений, связанных с нарушениями функций трансплантата и перфузии легких, и никому из них не потребовалось дополнительных операций. Двое пациентов умерли в результате сердечной недостаточности [31]. До настоящего времени у остальных пациентов не отмечено никаких дисфункций трансплантатов и нарушений перфузии легких; они ведут нормальный образ жизни, не нуждаясь в иммуно-супрессивной терапии и терапии антикоагулянтами.

Как следует из литературных данных, на сегодняшний день наилучшим вариантом тканеинженерного трансплантата для замены атретических крупных сосудов является трансплантат на основе сополимера поли-L-молочной и полигликолиевой кислот, заселенный аутогенными мононуклеарными клетками костного мозга. Несмотря на то, что использование эндотелиальных и гладкомышечных клеток также принесло хорошие результаты, получение и культивирование этих клеток требует нанесения дополнительной травмы пациенту и длительного времени, что очень неудобно в случае срочной операции. Также не всегда возможно получить эти клетки в достаточном для трансплантации количестве [31].

В мононуклеарной фракции костного мозга, содержатся прогениторные клетки, способные дифференцироваться в несколько клеточных типов in vivo, в частности, в эндотелиоциты, образующие функциональную выстилку сосуда [32—35], и пациенты не нуждаются в длительной терапии антикоагулянтами, как показали Т. Шинока и его коллеги. Эти клетки несложно получить в достаточном для заселения трансплантата количестве, а их аутогенное происхождение исключает иммунное отторжение тканеинженерной конструкции. Они не требуют длительного культивирования in vitro, что снижает риск инфицирования клеточного материала. Для окончательного подтверждения эффективности этой методики требуются расширенные клинические испытания в нескольких независимых медицинских центрах, а также более длительное наблюдение за пациентами.

Подняться вверх сайта