用于小型猪单阶段组织工程尿路上皮管的手术模型
2024年7月5日
用于重建手术的组织工程植入物由于费力的制备过程，很少能超越临床前试验阶段 离体 培养过程，其中包括复杂且昂贵的支架组分。在此，我们介绍一种单阶段手术方案，用于尿流改道，采用一种含有自体微移植组织的、易于获取的胶原基管状支架。
首先，在手术前12小时对成年哥廷根小型猪进行禁食。对麻醉后的猪实施标准的下腹正中切口，将腹膜内膀胱拉出至切口处。随后，对膀胱前壁进行预防性止血，并使用电灼法切开逼尿肌。
然后，用剪刀剪开内层黏膜，切除一块完整的膀胱壁组织。用快速可吸收的编织连续缝线关闭膀胱壁，但保留近端一个1 cm²的开口。在无菌条件下仔细解剖切除标本的黏膜层，并将黏膜标本切成1 mm²的微移植物，用于支架包埋。
使用镊子将黏膜颗粒放置在具有1:6扩张比的定制可生物降解网格上。将带有微移植物的一面朝上放入已填充胶原溶液的矩形钢模中。待凝固后，将水凝胶滑至置于穿孔钢板上的尼龙网上，并轻轻移除钢模。
通过在水凝胶上放置尼龙网，然后在凝胶上方放置一块钢板，并在钢板上放置一个120克的重物，静置压缩5分钟，以挤出水凝胶中的水分。压缩后，轻轻移除重物和尼龙网。此时，移植物已准备好用于外科操作。
将压平的支架卷在可生物降解的支架上，使微移植物面向支架内侧，并使用缓慢吸收的单股连续缝线沿纵轴将支架缝合固定。通过用两到三针不可吸收的间断缝线将支架与帽端缝合，将顺行性结肠灌肠塞固定在支架腔内。完成支架构建后，使用缓慢吸收的单股连续缝线将管状结构与膀胱前壁剩余的开口进行吻合。
使用荷包缝合收紧吻合口，并结扎导管的远端。从耻骨膀胱韧带处切取腹膜瓣，用连续缝合的慢吸收单丝缝线沿管状支架纵向修补。经尿道导管注入生理盐水，以确认吻合口通畅。
在右侧中线外侧、靠近右后乳腺处，钝性分离穿过筋膜形成一通道。将导管置入皮下腔隙，并用不可吸收的表皮缝线标记导管位置。缝合腹肌前侧肌筋膜后，使用不可吸收单股连续缝合线缝合皮肤。
经过六周观察后，通过内镜检查导管管腔的连续性及上皮衬层。进行增强CT扫描以确认导管通畅性。六周观察期后，组织学支架组织评估显示无宿主排斥或感染迹象，且管状支架保持通畅、无阻塞。
组织学评估显示，六周后仍可见增强型生物材料的残留物，整个支架表面均被来源于尿路上皮的分层腔面上皮覆盖。
概述
本研究提出了一种利用嵌有自体微移植物的胶原基管状支架进行尿流改道的新型单阶段手术方法。该方法旨在简化组织工程技术流程，因为传统方法常因支架需求复杂而在临床前试验中面临挑战。
关键研究组成部分
科学领域
- 组织工程
- 重建手术
- 泌尿学
背景
- 组织工程植入物通常难以进入临床前试验阶段。
- 现有方法涉及复杂且昂贵的支架组分。
- 亟需更易推广且高效的外科手术方案。
- 基于胶原蛋白的支架可为尿流改道提供一种生物相容性解决方案。
研究目的
- 开发一种简化的尿流改道手术方法。
- 使用一种含有自体微组织移植片的胶原基支架。
- 评估该新方法的可行性和有效性。
使用的方法
- 利用 minced mucosal micrografts 制备胶原基支架。
- 膀胱节段切除与支架植入的标准外科技术。
- 术后通过内窥镜和 CT 成像进行评估。
- 术后六周对支架组织进行组织学分析。
主要结果
- 管状支架在六周后仍保持通畅且无阻塞。
- 未观察到宿主排斥或感染的迹象。
- 组织学评估显示存在分层的尿路上皮来源的管腔上皮。
- 六周后仍可见增强用生物材料的残留物。
结论
- 单阶段手术是尿流改道的一种可行替代方案。
- 基于胶原的支架结合自体微移植组织可改善手术效果。
- 该方法可能促进组织工程植入物向临床应用的转化。
常见问题
行业重要性概述
生物制药研发在开发用于重建性泌尿外科的可靠且可扩展的组织工程解决方案方面持续面临挑战，其中移植物的可获得性与宿主相容性至关重要。这种在小型猪中采用的单阶段胶原基支架模型为评估自体组织整合及短期体内性能提供了可重复的实验平台。该方法有助于提高对支架-宿主相互作用的预测可信度，并为未来临床应用的转化风险提供依据。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 可在受控的大型动物模型中实现对支架整合与组织再生机制的深入研究。
- 利用自体组织降低免疫原性和排斥风险，支持生物学风险的降低。
- 促进尿路上皮组织工程策略中功能靶点的验证。
筛选与检测方法开发
- 提供了一种标准化的操作流程，用于制备和植入组织工程构建物，并实现植入后的定量检测。
- 通过影像学和组织学方法，可对支架通畅性、上皮化程度及宿主反应进行可重复的评估。
- 支持在经过验证的临床前模型中，对生物材料的修饰或细胞来源进行后续筛选。
转化与临床前研究
- 通过在生理学相关系统中模拟尿流改道，契合与疾病相关的重建需求。
- 实现从支架设计到体内验证的全程衔接，支持基于风险评估的推进决策。
- 在明确的观察期内，提供关于支架耐久性、宿主整合性及感染风险的转化研究见解。
流程与工作流整合
该模型通过在大动物系统中对组织工程支架进行假设驱动型测试，弥合了早期发现与临床前验证之间的鸿沟。
- Discovery Biology：支持对支架-宿主整合及组织再生机制的假设验证。
- Screening：提供定量输出结果，如导管通畅性和上皮覆盖度，用于比较分析。
- Analytics：利用内窥镜、CT成像和组织学方法生成可重复、支持决策的数据。
- Translational Research：在相关的解剖背景下，为评估临床可行性和生物材料性能提供平台。
- Enterprise Reuse：建立可重复使用的流程，用于迭代优化支架设计及跨项目基准比较。
运营与企业影响
- 科学价值：提高对组织工程构建体性能及宿主相容性的预测可信度。
- 操作价值：标准化支架的制备与植入流程，实现可重复、可放大的研究。
- 战略价值：为推进支架技术向临床转化提供“推进/终止”决策依据。
- 项目组合影响：基于体内性能数据，实现对组织工程项目的风险调整后优先级排序。
实施注意事项
- 需要具备大动物模型和组织处理方面的外科专业技术。
- 需要具备影像学设备及组织学分析基础设施的使用条件。
- 需要跨团队对支架制备和植入操作流程进行标准化。
- 若应用于其他解剖部位或不同物种，可能需要调整操作方案。
- 短期观察限制了对支架长期耐久性和功能的评估。
