CC BY
41
■■■■IIIIII1 -ф-
Новости клеточных технологий
ТКАНЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
ЕЕ^ЕШ
Проблема кровоснабжения больших тканеинженерных костных графтов на пути разрешения
До настоящего времени в тканевой инженерии особое место занимает проблема обеспечения адекватного крово снабжения трансплантированного материала, актуальность которой постоянно возрастает с развитием медицинских технологий. В частности, современный уровень травмато логии и ортопедии теоретически позволяет оптимизировать восстановление больших по объёму участков костных орга нов с помощью тканеинженерных эквивалентов костной ткани. Однако графты больших размеров в условиях in vivo испытывают дефицит кровоснабжения: клетки, находящиеся на периферии графта, получают большее количество кисло рода и питательных веществ, чем пул центральной части, численность которого быстро снижается. Доказано, что клет ки, отдалённые от гемомикроциркуляторного русла более чем на 200 500 мкм, неизбежно погибают в ходе эксперимента [1, 2], а матрикс замещается волокнистой соединительной тканью. В связи с этим во многих исследованиях, в которых используются трансплантаты для замещения дефектов кри тических размеров, результаты применения носителей с клетками и без них существенно не отличаются.
Чтобы повысить выживаемость клеток, входящих в со став трансплантата, проводятся разработки дополнительных методов индукции ангиогенеза. В частности, используются цитокины - сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) и фактор роста фибробластов b (FGF Ь) - как модуляторы ро ста сосудов [3, 4]; применяется метод префабрикации, осно ванный на имплантации носителя в богато кровоснабжаемую ткань (чаще всего - мышечную) для формирования в нём собственной капиллярной сети, которую на этапе основной трансплантации соединяют с кровеносным руслом реципи ента [4, 5].
В последнее время всё большее внимание уделяется модели артериовенозной петли (arteriovenous loop), состо ящей из артериального и венозного сосудов крупного ка либра, искусственно соединенных венозным анастомозом с помощью микрохирургической техники (6, 7, 8]. Шунт играет роль коллатерали, располагать которую можно в зависимости от выбранного места трансплантации. Артериовенозная пет ля, помещённая в центральную часть трансплантата, является источником «осевой васкуляризации». Подготовка носителя к данной манипуляции предполагает создание сквозного от верстия в его центре и радиального разреза, через который осуществляется проведение венозного анастомоза в центр матрикса. В результате образование новой капиллярной сети происходит изнутри («внутренняя васкуляризация» (1 ]), что в сочетании с ангиогенезом с периферии («внешняя вас куляризация» (1)) обеспечивает адекватное кровоснабжение и, таким образом, открывает значительные перспективы в решении проблемы повышения выживаемости клеток, вхо дящих в состав графтов.
Для подтверждения значимости модели артериовеноз ной петли как пути решения проблемы кровоснабжения трансплантатов Andreas Arkudas с соавт. (2007) опублико вали в журнале Tissue Engineering результаты научной работы, в которой трансплантировали крысам деминерализованную
бычью губчатую костную ткань (processed bovine cancellous bone, PBCB) (7). Животным первой группы (п = 34) носитель, имеющий форму диска (9x5 мм), трансплантировали в зону артериовенозной петли, созданной между бедренными ар терией и веной, и через 6 недель инъецировали в матрикс x
(carboxyfluorescein diacetate, CFDA). Животным контрольной группы (п = 32) костный матрикс вводили подкожно и инъе цировали те же клетки спустя 6 недель. Полученные материа лы были подвергнуты гистологическому, морфометрическому и молекулярно биологическому анализу через 1, 4, 8, 16 недель для определения доли выживших клеток. Было дока зано, что «осевая васкуляризация» в значительной степени увеличивает жизнеспособность клеток, несмотря на одина ково интенсивную воспалительную реакцию, показанную в обеих группах. Формирование костной ткани на всём про тяжении матрикса было выявлено лишь в одном случае - в материале, изъятом спустя 16 недель, что связано, возмож но, с недостатками методики внесения клеток. В частности, доказано, что для реализации своего регенераторного потен циала клеточная популяция должна находиться в адгезирован ном к поверхности носителя состоянии (9), чего невозможно достичь при инъекционном введении.
Кроме того, в работе U. Kneser с соавт. (2006) опреде ляли эффективность использования артериовенозной петли как индуктора «внутренней васкуляризации» матрикса без клеток (8). Исследователи пришли к выводу, что достаточ ная плотность капилляров в материале из РВСВ при исполь зовании модели артериовенозной петли определяется лишь к восьмой неделе. Данный факт, в дополнение к неэффек тивности выбранного в исследовании 2007 года метода введения клеток, объясняет отсутствие сформированной костной ткани на первой и четвёртой неделях.
Реализация остеогенных потенций тканеинжнерных экви валентов костной такни больших размеров с использованием артериовенозной петли является перспективным и многообе щающим методом. Однако на сегодняшний день техника пре фабрикации не уступает ему по своим результатам. В част ности, еще в 1998 году F. Casabona с соавт. опубликовал материалы исследования, в котором матрикс из гидроксиа патита, населённый остеогенными клетками костного мозга, трансплантировали в широчайшую мышцу спины. Спустя во семь недель извлечённый материал по гистологическому строению соответствовал губчатой костной ткани [10]. Успеш ные результаты работы во многом обусловлены оптимальной адгезией клеток к гидроксиапатиту в условиях in vitro.
Таким образом, модель артериовенозной петли являет ся ещё одним звеном в цепи индуцированной репаративной регенерации, потенциально способным оптимизировать кровоснабжение тканеинженерных эквивалентов и тем са мым повысить выживаемость вносимых клеточных элемен тов, что способствует достижению положительных резуль татов трансплантации. Однако непосредственная методика графтинга с применением модели «осевой васкуляризаци» требует дальнейшего изучения и совершенствования.
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том II, 1У< 4, 2007
■ ИМИ!
Новости клеточных технологий
ЛИТЕРАТУРА:
1. Folkman J., Hochberg М. Self regulation of growth in three dimensions. J. Exp. Med. 1973; 138: 745 53.
2. Polykandriotis E., Arkudas A., Horch R. et al. Autonomously vascularized cellular constructs in tissue engineering: opening a new perspective for biomedical science. J. Cell Mol. Med. 2007; 11 [1): 6 20.
3. Arkudas A., Tjiawi J., Bleiziffer 0. et al. Fibrin gel immobilized VEGF and bFGF efficiently stimulate Angiogenesis in the AV Loop Model. Mol. Med. 2007; 13(9 10): 480 7.
4. Ahrendt G, Chickering D., Ranieri J. Angiogenic growth factors: a review for tissue engineering. Tissue Eng. 1998; 2:117 30.
5. Khouri R., Upton J., Shaw W. Prefabrication of composite free flaps through staged microvascular transfer: an experimental and clinical study. Plast. Reconstr. Surg. 1991; 87: 108 15.
6. Lokmic Z., Stillaert F., Morrison W. et al. An arteriovenous loop in a protected space generates a permanent, highly vascular, tissue engineered construct. FASEB J. 2007; 21 (2): 511 22.
7. Arkudas A., Beier J., Heidner K. et al. Axial prevascularization of porous matrices by an arteriovenous loop promotes survival and differentiation of transplanted autologous osteoblasts. Tissue Eng. 2007; 13(7): 1549 60.
8. Kneser U., Polykandriotis E., Ohnolz J. et al. Engineering of vascularized transplantable bone tissues: induction of axial vascularization in an osteoconductive matrix using an arteriovenous loop. Tissue Eng. 2006; 12: 1721 31.
9. Kuznetsov S.A, Robey P.G. A look at the history of bone marrow stromal cells. Graft. 2000; 3(6): 278 83.
10. Casabona F., Martin I., Muraglia A. et al. Prefabricated engineered bone flaps: an experimental model of tissue reconstruction in plastic surgery. Plast Reconstr Surg. 1998; 101(3): 577 81.
Порготовип ИЯ. Базо
По материалам: Arkudas A., Beier J„ Heidner K. et al. Axial prevascularization of porous matrices by an arteriovenous loop promotes survival and differentiation of transplanted autologous osteoblasts. Tissue Eng. 2007; 13(7): 1549-60
HUMAN STUDY
Восстановление слизистой оболочки полости рта путем трансплантации аутогенных кератиноцитов: клиническое исследование
Комплекс заболеваний слизистой оболочки полости рта иногда требует применения активной хирургической тактики. Состояния после резекции лейкоплакии, плоско клеточного рака, а также атрофии слизистой оболочки альвеолярного гребня, сопровождающиеся потерей или поражением ее участка на площади более 1 сма, требуют восстановления дефекта. В настоящее время хирургичес кая тактика сводится к перемещению свободных лоскутов. Однако не всегда операция может быть успешна. Это слу чается либо в связи с развитием осложнений (некроз трансплантата), или когда дефект не позволяет выполнить оперативное вмешательство, не нанеся ущерб тканям в месте забора (1, 2]. Альтернативой аутотрансплантации или пластики слизистой оболочки могут быть имплантации биологически активных материалов в зону дефекта с пос ледующим ожиданием эпителизации скаффолда с крае вых зон раны. В клинической практике стоматологов, дер матологов и хирургов в США широко используется децеллюлированная, специально очищенная от антигенов, человеческая дерма АНоРегт, которая предназначена для стимуляции процессов заживления слизистых оболочек и кожи (3, 4]. Кроме того, помимо скаффолдов для восстанов ления кожи в широкую практику были внедрены и клеточные аллотрансплантаты, ярким примером которых может слу жить АрНдга! Являясь живыми эквивалентами кожи, они зарекомендовали себя хорошо как в эстетической меди цине, так и в комбустиологии (5, 6]. Использование кле точных технологий в хирургической стоматологии кажется само собой разумеющимся делом.
Исследовательская группа Университета Кобз (Япония) продемонстрировала возможность использования аутотран сплантатов для восстановления дефектов слизистой обо лочки полости рта у пятнадцати пациентов с лейкоплакией, плоскоклеточным раком полости рта и атрофией слизистой оболочки в области альвеолярного гребня. Клеточный ма териал получали путем биопсии, кератиноциты выделяли, культивировали и наносили на АНоРегт. Средний размер дефектов составлял порядка 6 сма. Эпителизация наступа ла в среднем через 28 дней, что, по наблюдениям авторов, быстрее и эффективнее, чем просто имплантация АНоРегт. Кроме клинических данных эффективность метода была подтверждена биопсией. Результаты гистологического ис следования продемонстрировали наличие развитого эпите лиального слоя у пациентов после аутотрансплантации, тог да как эпителиальной выстилки на поверхности бесклеточной матрицы АНоОеггп выявлено не было. В конце срока наблюде ния (1 мес.) также была выявлена минимальная контрактура у пациентов после аутотрансплантации.
Таким образом, данное наблюдение свидетельствует о кли нической эффективности метода трансплантации аутогенных кератиноцитов на бесклеточной дермальной матрице АНоРегт в сравнении с имплантацией той же матрицы носителя, но без клеток. Однако в исследовании остался нераскрытым вопрос: безопасно ли использовать подобные клеточные трансплантаты у онкологических пациентов. Внедрение в клиническую практику данного метода в Японии сильно ог раниченно в связи с отсутствием разрешения на использо вание матрицы АНоРегт, о чем и заявили авторы.
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том II, 1У< 4, 2007
А
