Chirurgisches Modell für einstufige Tissue-Engineering-Urotheltuben bei Minischweinen
5. Juli 2024
Tissue-Engineering-Implantate für die rekonstruktive Chirurgie kommen aufgrund der aufwendigen Ex-vivo-Kultivierung , die komplexe und teure Gerüstkomponenten umfasst, selten über präklinische Studien hinaus. Hier stellen wir ein einstufiges Verfahren vor, das für die Harnableitung konzipiert ist, mit einem zugänglichen röhrenförmigen Gerüst auf Kollagenbasis, das autologe Mikrotransplantate enthält.
Fasten Sie zunächst 12 Stunden vor der Operation ein ausgewachsenes Göttinger Minischwein. Nach Durchführung einer Standard-Laparotomie der unteren Mittellinie an einem anästhesierten Schwein ziehen Sie die interperitoneale Harnblase zur Wunde. Führen Sie nun eine prophylaktische Blutstillung an der vorderen Blasenwand durch und schneiden Sie den Detrusormuskel mit Diathermie ein.
Schneiden Sie dann die innere Schleimhautschicht mit einer Schere auf, um ein vollwandiges Blasensegment herauszuschneiden. Verschließen Sie die Blasenwand mit einer schnell resorbierbaren geflochtenen Laufnaht und lassen Sie dabei eine proximale Öffnung von einem Quadratzentimeter. Präparieren Sie die Schleimhautschicht der resezierten Probe vorsichtig unter sterilen Bedingungen und zerkleinern Sie die Schleimhautprobe in einen Quadratmillimeter Mikrotransplantate für die Gerüsteinbettung.
Legen Sie die Schleimhautpartikel mit einer Pinzette auf ein angepasstes, biologisch abbaubares Netz mit einem Expansionsverhältnis von eins bis sechs. Legen Sie das Netz mit den Mikrotransplantaten nach oben in eine rechteckige Stahlform, die mit Kollagenlösung gefüllt ist. Schieben Sie das Hydrogel nach dem Erstarren auf ein Nylonnetz, das auf einer perforierten Stahlplatte ruht, und entfernen Sie vorsichtig die Form.
Stoßen Sie Wasser aus dem Hydrogel aus, indem Sie ein Nylonnetz und dann eine Stahlplatte auf das Gel legen und dann fünf Minuten lang passiv mit einem 120-Gramm-Gewicht auf die Stahlplatte drücken. Entfernen Sie nach der Kompression vorsichtig das Gewicht und das Nylonnetz. Nun ist das Transplantat bereit für die chirurgische Handhabung.
Rollen Sie das abgeflachte Gerüst um einen biologisch abbaubaren Stent, wobei die Mikrotransplantate zum Stent zeigen, und nähen Sie das Gerüst in Längsrichtung mit einer langsam resorbierbaren monofilen Naht. Fixieren Sie einen antegraden Dickdarmeinlaufstopfen im Lumen des Stents, indem Sie den Stent mit zwei oder drei unterbrochenen, nicht resorbierbaren Nähten an die Kappe nähen. Nach Fertigstellung des Gerüsts anastomosieren Sie das röhrenförmige Konstrukt mit einer langsam resorbierbaren monofilen Naht an der verbleibenden Öffnung an der vorderen Blasenwand.
Ziehen Sie die Anastomose mit einer Beutelnaht fest und ligieren Sie das distale Ende der Leitung. Entnehmen Sie einen Peritoneallappen aus dem Schamband und flicken Sie das röhrenförmige Gerüst in Längsrichtung mit einer laufenden, langsam resorbierbaren monofilen Naht. Injizieren Sie Kochsalzlösung über den Harnröhrenkatheter, um die Anastomosendurchgängigkeit zu bestätigen.
Präparieren Sie stumpf einen transfaszialen Kanal lateral zur Mittellinie neben der kaudalen Brustdrüse auf der rechten Seite. Legen Sie den Schlauch in eine subkutane Tasche und markieren Sie den Schlauch mit nicht resorbierbaren Nähten auf Hautniveau. Nach dem Verschluss der vorderen Muskelfaszie des Bauchmuskels verschließen Sie die Haut mit einer nicht resorbierbaren monofilen Laufnaht.
Am Ende der sechswöchigen Beobachtung untersuchen Sie das Leitungslumen endoskopisch auf Kontinuität und Epithelauskleidung. Führen Sie eine kontrastmittelverstärkte Computertomographie durch, um die Durchgängigkeit der Leitung sicherzustellen. Nach sechswöchiger Beobachtung ergab die mikroskopische Untersuchung des Gerüstgewebes keine Anzeichen einer Abstoßung oder Infektion des Wirts, und das röhrenförmige Gerüst blieb offen und ungehindert.
Histologische Untersuchungen zeigten ein geschichtetes luminales Epithel urothalen Ursprungs, das das gesamte Gerüst bedeckte, wobei Reste der verstärkenden Biomaterialien nach sechs Wochen noch sichtbar waren.
Übersicht
Diese Studie stellt ein neuartiges einstufiges Verfahren zur Harnableitung mithilfe eines kollagenbasierten tubulären Scaffolds dar, der mit autologen Mikrotransplantaten besiedelt ist. Die Methode zielt darauf ab, den Gewebeengineering-Prozess zu vereinfachen, der aufgrund komplexer Anforderungen an die Scaffolds häufig Schwierigkeiten in präklinischen Studien aufweist.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Gewebetechnik
- Rekonstruktive Chirurgie
- Urologie
Hintergrund
- Gewebetechnische Implantate scheitern häufig daran, über präklinische Studien hinauszukommen.
- Aktuelle Methoden beinhalten komplexe und kostspielige Gerüstkomponenten.
- Es besteht Bedarf an zugänglicheren und effizienteren chirurgischen Verfahren.
- Kollagenbasierte Gerüste können eine biokompatible Lösung für die Harnableitung bieten.
Zweck der Studie
- Eine vereinfachte chirurgische Methode zur Harnableitung zu entwickeln.
- Ein kollagenbasiertes Gerüst zu verwenden, das autologe Mikrotransplantate integriert.
- Die Durchführbarkeit und Wirksamkeit der neuen Methode zu bewerten.
Verwendete Methoden
- Herstellung eines Kollagen-basierten Scaffolds mit zerkleinerten Schleimhaut-Mikrotransplantaten.
- Standardchirurgische Techniken zur Resektion von Blasensegmenten und Implantation des Scaffolds.
- Postoperative Beurteilung mittels Endoskopie und CT-Bildgebung.
- Histologische Analyse des Scaffolds-Gewebes nach sechs Wochen.
Hauptergebnisse
- Das röhrenförmige Gerüst blieb nach sechs Wochen permeabel und ungehindert.
- Es wurden keine Anzeichen einer Abstoßung durch den Wirt oder einer Infektion beobachtet.
- Histologische Untersuchungen zeigten ein geschichtetes luminales Epithel urothelialen Ursprungs.
- Reste der verstärkenden Biomaterialien waren nach sechs Wochen noch sichtbar.
Schlussfolgerungen
- Das einstufige Verfahren ist eine gangbare Alternative für die Harnableitung.
- Kollagenbasierte Gerüste mit autologen Mikrotransplantaten können die chirurgischen Ergebnisse verbessern.
- Diese Methode könnte den Übergang gewebeengineeringbasierter Implantate in die klinische Praxis erleichtern.
Häufig gestellte Fragen
Exemplarische Branchenrelevanz
Die biopharmazeutische Forschung und Entwicklung steht vor anhaltenden Herausforderungen bei der Entwicklung zuverlässiger und skalierbarer, gewebeengineering-basierter Lösungen für die rekonstruktive Urologie, bei denen die Verfügbarkeit von Transplantaten und die Verträglichkeit mit dem Wirt von entscheidender Bedeutung sind. Dieses einstufige, kollagenbasierte Gerüstmodell an Minischweinen bietet eine reproduzierbare Plattform zur Beurteilung der Integration autologen Gewebes und der kurzfristigen In-vivo-Leistungsfähigkeit. Der Ansatz stärkt das Vorhersagevertrauen hinsichtlich der Wechselwirkungen zwischen Gerüst und Wirt und liefert Hinweise auf das translationsrelevante Risiko für zukünftige klinische Anwendungen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die mechanistische Untersuchung der Scaffoldeinbindung und Geweberegeneration in einem kontrollierten Großtiermodell.
- Unterstützt die biologische Risikominimierung durch die Verwendung autologen Gewebes, um Immunogenität und Abstoßungsrisiken zu verringern.
- Erleichtert die funktionelle Zielvalidierung für Strategien des urothelialen Gewebesengineering.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet einen standardisierten Arbeitsablauf zur Herstellung und Implantation von gewebeengineeringbasierten Konstrukten mit quantitativen Nachuntersuchungen nach der Implantation.
- Ermöglicht die reproduzierbare Beurteilung der Scaffold-Patenz, Epithelialisierung und Wirtsreaktion mittels Bildgebung und Histologie.
- Ermöglicht die nachgeschaltete Untersuchung von Biomaterial-Modifikationen oder Zellquellen in einem validierten präklinischen Kontext.
Translationale und präklinische Forschung
- Erfüllt krankheitsrelevante rekonstruktive Anforderungen, indem eine urinäre Ableitung in einem physiologisch relevanten System modelliert wird.
- Ermöglicht einen nahtlosen Ablauf von der Gerüstkonstruktion bis zur in-vivo-Validierung und unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung.
- Liefert translationale Erkenntnisse zur Haltbarkeit des Gerüsts, zur Integration in den Wirt und zum Infektionsrisiko über einen definierten Beobachtungszeitraum.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieses Modell schließt die Lücke zwischen der frühen Entdeckung und der präklinischen Validierung, indem es die hypothesengeleitete Untersuchung von gewebeengineeringbasierten Gerüsten in einem Großtiermodell ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung hinsichtlich der Scaffolderintegration und der Mechanismen der Geweberegeneration.
- Screening: Liefert quantitative Ergebnisse wie Kanalpatenz und epiteliale Bedeckung für den vergleichenden Analysen.
- Analytik: Nutzt Endoskopie, CT-Bildgebung und Histologie, um reproduzierbare, entscheidungsunterstützende Daten zu generieren.
- Translationale Forschung: Bietet eine Plattform zur Beurteilung der klinischen Machbarkeit und der Leistung von Biomaterialien in einem relevanten anatomischen Kontext.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft einen wiederverwendbaren Arbeitsablauf für die iterative Optimierung von Scaffolds und den abteilungsübergreifenden Benchmarking.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit hinsichtlich der Leistungsfähigkeit von gewebeengineeringbasierten Konstrukten und deren Verträglichkeit mit dem Wirt.
- Operativer Wert: Standardisiert die Herstellung und Implantation von Gerüsten für reproduzierbare und skalierbare Studien.
- Strategischer Wert: Unterstützt Entscheidungen über die Weiterentwicklung von Gerüsttechnologien in Richtung klinischer Anwendung.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung von Gewebeengineering-Programmen basierend auf In-vivo-Leistungsdaten.
Durchführungsaspekte
- Erfordert chirurgische Expertise in Großtiermodellen und den Umgang mit Gewebe.
- Benötigt Zugang zu bildgebenden Verfahren und Infrastruktur für histologische Analysen.
- Setzt eine Standardisierung der Gerüstherstellung und Implantationsprotokolle über Teamgrenzen hinweg voraus.
- Kann bei Anwendung an anderen anatomischen Stellen oder bei anderen Arten Anpassungen der Protokolle erfordern.
- Die kurze Beobachtungsdauer beschränkt die Beurteilung der Langzeitstabilität und -funktion des Gerüsts.
