Tissue engineering of the trachea - analysis of the first clinical observation

Full Text

Дефекты трахеи в результате опухолевого поражения, стенозов после продленной эндотрахеальной интубации, пороков развития и травм являются серьезной проблемой современной реконструктивной торакальной хирургии и оториноларингологии [1, 2]. Лечение пациентов с этими заболеваниями в большинстве случаев оперативное. Возникший после резекции, анатомический дефект трахеи практически никогда не восстанавливается, и пациент может быть обречен на пожизненную трахеостомическую интубацию, приводящую к инвалидизации и социальной дезадаптации. Поэтому таким пациентам производятся различные пластические и реконструктивные операции с использованием местных и донорских тканей, синтетических протезов [3, 5, 6, 9]. Однако в большинстве случаев они малоэффективны, приводят к послеоперационным стенозам и дополнительному длительному лечению консервативными и оперативными способами.

С целью решения проблемы реконструкции трахеи рядом исследователей было предложено использовать методы тканевой инженерии, позволяющей восполнить дефицит ткани. Так, в экспериментальных работах была показана эффективность технологии использования полимерных материалов и аутогенных хондроцитов, заключенных в альгинатный гель, использование коллагеновых матриц [7, 9, 10, 12]. В качестве клеточного материала в конструкциях также были использованы мезенхимальные [стромальные] клетки костного мозга [8].

Другой концепцией восстановления участков трахеи может быть использование эквивалентов эпителиальной ткани с предварительной префабрикацией [11]. Основной проблемой протяженных тканеинженерных конструкции по-прежнему остается их васкуляризация. Эту проблему положительно решила группа Walles, предложившая использовать децеллюлированный матрикс донорской трахеи с сохраненной сосудистой сетью [11]. Экспериментальный материал, накопленный по тканеинженерной реконструкций трахеи, позволил перейти к клиническим исследованиям метода.

В недавнем номере журнала Annals of Otology, Rhinology & Laryngology опубликовано описание первого в мире наблюдения восстановления части трахеи с использованием тканеинженерной конструкции.

Женщине 78 лет, страдающей аденокарциномой правой половины щитовидной железы, во время оперативного вмешательства было произведено иссечение щитовидной железы и окружающих тканей [в связи с инвазивным ростом опухоли], в том числе и части трахеи ниже перстневидного хряща. Дефект составлял 1/5 диаметра трахеи и имел протяженность 5 см. Для закрытия образовавшегося дефекта была использована коллагеновая губчатая матрица Marlex, которая была пропитана венозной кровью пациентки [рис. 1].

Рис. 1. Внешний вид конструкции: А - сетка Marlex с кольцами; В - Marlex покрыт коллагеновой губкой; С - конструкция пропитана кровью перед графтингом. Из Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 2005; 114: 429-33 с изменениями

Конструкция была сделана из искусственного материала [полипропиленовой сетки] - Marlex [CR Bard Inc] с поперечными кольцами, имитирующими хрящи трахеи. Трубка покрывалась коллагеновой губкой, содержащей коллагены I и III типов. Для иммобилизации коллагена на сетке Marlex, трубка была нагрета до 140°С и подвергнута электрическому разряду.

Женщина находилась под наблюдением больше года. Через 2 недели, 2, 7 и 20 месяцев проводились контрольные эндоскопические исследования, во время которых выявлено заживление послеоперационной раны. Стеноза трахеи и дыхательных расстройств за время наблюдения выявлено не было [рис. 2].

Рис. 2. Эндоскопическое исследование. Трахея женщины после восстановления резецированного участка ее стенки коллагеновой губчатой матрицей Marlex: А - через 2 недели; B - через 2 мес.; С - через 7 мес.; D - через 20 мес. Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 2005; 114: 429-33 с изменениями

По мнению авторов, данная технология позволяет закрывать протяженные дефекты трахеи с меньшим количеством осложнений, по сравнению с синтетическими материалами [9]. Исходя из механизмов регенерации тканей, при использовании в качестве «заплат» бесклеточных матриц заживление и регенерация происходит с краев раны за счет миграции эпителиальных клеток и фибробластов в матрицу с последующим замещением ее соединительной тканью. Такую регенерацию нельзя назвать органотипической, и самым ожидаемым осложнением в данном случае могли бы быть рубцовый стеноз и лизис конструкции. Такие факторы, как пожилой возраст пациентки, сниженная способность тканей к репарации, в том числе и со стороны конструкции (отсутствие факторов роста, клеточных элементов, в том числе и малодифференцированных), безусловно повлияли на длительное приживление графта и процесс эпителизации (полное заживление через 20 мес). Тем не менее, даже при сочетании нескольких неблагоприятных факторов получен позитивный результат.

Исследователи впервые создали безопасную конструкцию Marlex + коллаген, пригодную к применению в клинике. Коллаген, как основной компонент внеклеточного матрикса, способствует миграции и пролиферации клеток, участвующих в репарации раны и формировании рубца. Для хемотаксической миграции клеток в зону воспаления конструкция специально была пропитана аутокровью. Применение бесклеточной конструкции на непротяжённом участке позволило добиться её эпителизации без грубых рубцовых изменений. Однако, будущее таких конструкций, в том числе и для реконструкции более протяжённых дефектов, видится в сочетании с мобилизацией прогениторных клеток и факторов роста.

В России также имеется передовой опыт использования тканеинженерных конструкций для восстановления дыхательных путей. В частности, впервые в мире в клинической практике используется тканевой эквивалент, состоящий из эпителиальных клеток на биодеградируемом носителе и титановой пластины для закрытия дефектов гортани после резекции очагов опухолевого поражения. Это позволяет выполнять органосохраняющие операции и получить удовлетворительные клинические результаты [4].

About the authors

A. V. Volkov

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1. External view of the structure: A - Marlex mesh with rings; B - Marlex covered with collagen sponge; C - the structure is saturated with blood before grafting. From Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 2005; 114:429-33 amended

Download (195KB)

Indexing metadata

3. Figure 2. Endoscopy. Trachea of a woman after restoration of the resected section of her wall with a Marlex collagen spongy matrix: A - after 2 weeks; B - after 2 months; C - after 7 months; D - after 20 months. Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 2005; 114:429-33 amended

Download (130KB)

Indexing metadata