ミニブタにおける単一段階組織工学尿路上皮管の手術モデル
2024年7月5日
再建手術用の組織改変インプラントは、複雑で高価な足場部品を含む骨の折れる 生体外 培養のため、前臨床試験を超えて進行することはめったにありません。ここでは、自家マイクログラフトを含むアクセス可能なコラーゲンベースの管状足場を使用して、尿路転換用に設計された単段階の手順を紹介します。
まず、手術の12時間前に成長したゲッティンゲンのミニブタを絶食します。麻酔をかけたブタで標準的な下部正中線開腹術を行った後、腹膜間膀胱を傷口に引き寄せます。次に、膀胱前壁で予防的止血を行い、ジアテルミアで排尿筋を切開します。
次に、ハサミで内側の粘膜層を切断して、壁全体の膀胱セグメントを切除します。膀胱壁を高速吸収性の編組ランニング縫合糸で閉じ、近位の開口部を1平方センチメートル残します。切除した標本の粘膜層を無菌状態で慎重に解剖し、粘膜標本を1平方ミリメートルのマイクログラフトにミンチして足場を埋め込みます。
鉗子を使用して、粘膜粒子を1〜6の拡張比で適合した生分解性メッシュに配置します。マイクログラフトを上に向けてメッシュを、コラーゲン溶液で満たされた長方形の鋼型の内側に置きます。固化後、穴あき鋼板に載せたナイロンメッシュにハイドロゲルをスライドさせ、金型を静かに取り出します。
ナイロンメッシュを配置し、次にゲルの上に鋼板を配置して、ヒドロゲルから水を排出し、次に鋼板の上に120グラムの重りを置いて5分間受動的に圧縮します。圧縮後、ウェイトとナイロンメッシュをそっと取り外します。これで、移植片は外科的取り扱いの準備が整いました。
マイクログラフトをステントに向け、平らにした足場を生分解性ステントの周りで転がし、ゆっくりとした吸収性モノフィラメントを縫合糸で縦方向に所定の位置に縫合します。ステントをキャップに縫合することにより、ステントの内腔内に順行性結腸浣腸ストッパーを固定します 中断された非吸収性縫合糸。足場が完成したら、ゆっくりとした吸収性モノフィラメントランニング縫合糸を使用して、管状構造物を膀胱前壁の残りの開口部に吻合します。
巾着縫合糸で吻合を締め、導管の遠位端を結紮します。恥骨靭帯から腹膜フラップを採取し、管状の足場を縦方向にパッチします。尿道カテーテルを介して生理食塩水を注入して、吻合部の開存性を確認します。
右側の尾側乳腺の隣の正中線に対して横方向に経筋膜チャネルを鈍く解剖します。コンジットを皮下ポケットに入れ、吸収できない皮膚レベルの縫合糸でコンジットに印を付けます。腹筋の前筋筋膜を閉じた後、非吸収性モノフィラメントランニング縫合糸で皮膚を閉じます。
6週間の観察の終わりに、内視鏡検査で導管内腔の連続性と上皮の内層を検査します。コントラスト強化コンピューター断層撮影を実施して、コンジットの開存性を確保します。6週間の観察後、顕微鏡的足場組織評価では、宿主拒絶反応や感染の兆候は見られず、管状足場は開存しており、遮るものがありませんでした。
組織学的評価では、尿路上皮起源の層状管腔上皮が足場全体を覆っており、6週間後もまだ見える強化生体材料の残骸があることが示されました。
概要
本研究では、自己微小グラフトを埋め込んだコラーゲンベースの管状スキャフォールドを用いた、尿路転流のための新しい単回の手順を提示します。この手法は、複雑なスキャフォールド要件により前臨床試験で困難に直面することが多い組織工学プロセスを簡略化することを目的としています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 組織工学
- 再建外科
- 泌尿器科
背景
- 組織工学によるインプラントは、前臨床試験から先の段階へ進めないことが多い。
- 現在の手法では、複雑でコストのかかるスキャフォールド構成要素が必要となる。
- より簡便で効率的な外科的手順が求められている。
- コラーゲンベースのスキャフォールドは、尿路転換術において生体適合性のある解決策となり得る。
研究目的
- 尿路変換のための簡略化された外科的手法を開発すること。
- 自己マイクログラフトを組み込んだコラーゲンベースのスキャフォールドを利用すること。
- 新手法の実現可能性および有効性を評価すること。
使用された手法
- 細切した粘膜マイクログラフトを含むコラーゲンベースのスキャフォールドの調製。
- 膀胱セグメントの切除およびスキャフォールド移植のための標準的な外科的手技。
- 内視鏡およびCT画像による術後評価。
- 6週間後のスキャフォールド組織の組織学的解析。
主な結果
- 管状スキャフォールドは6週間後も開存しており、閉塞は見られなかった。
- 宿主による拒絶反応や感染の兆候は観察されなかった。
- 組織学的評価により、尿路上皮由来の層状の腔内上皮が確認された。
- 補強バイオマテリアルの残渣は6週間後も依然として視認できた。
結論
- 単回の手術手順は、尿路転流術の実行可能な代替案となります。
- 自家マイクログラフトを用いたコラーゲンベースのスキャフォールドにより、手術成績を向上させることができます。
- この手法は、組織工学インプラントの臨床応用への移行を促進する可能性があります。
よくある質問
業界における重要性
バイオ医薬品の研究開発において、再建泌尿器科向けの信頼性と拡張性を備えた組織工学的なソリューションの開発は、移植片の可用性と宿主との適合性が極めて重要であるため、根強い課題となっています。このミニピッグを用いた単段階のコラーゲンベース・スキャホールドモデルは、自家組織の統合および短期間のin vivo性能を評価するための再現可能なプラットフォームを提供します。このアプローチは、スキャホールドと宿主の相互作用における予測の信頼性を高め、将来的な臨床応用に向けたトランスレーショナルリスクに関する知見をもたらします。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的応用
初期創薬およびターゲットバリデーション
- 制御された大型動物モデルを用いて、スキャフォールドの統合と組織再生のメカニズムの解明を可能にする。
- 自己組織を使用することで免疫原性と拒絶反応のリスクを最小限に抑え、生物学的なリスク低減をサポートする。
- 尿路上皮組織工学戦略における機能的なターゲットバリデーションを促進する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 定量的な移植後評価を伴う、組織工学構築物の作製および移植のための標準化されたワークフローを提供します。
- 画像診断および組織学的解析を用いて、スキャホールドの開通性、上皮化、および宿主反応の再現可能な評価を可能にします。
- 検証済みの前臨床コンテキストにおいて、バイオマテリアルの修飾や細胞源の下流スクリーニングをサポートします。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 生理学的に適切なシステムで尿路転換をモデル化することで、疾患に関連する再建ニーズに適合させています。
- スキャホールドの設計からin vivoでの検証までの一貫性を確保し、リスク調整に基づいた進展の意思決定を支援します。
- 定義された観察期間を通じて、スキャホールドの耐久性、宿主への統合、および感染リスクに関するトランスレーショナルな知見を提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
このモデルは、大型動物システムにおける組織工学的スキャフォールドの仮説駆動型試験を可能にすることで、初期段階の発見と前臨床検証を橋渡しします。
- 基礎生物学研究：足場材と宿主の統合および組織再生メカニズムに関する仮説検証を支援します。
- スクリーニング：導管の開通性や上皮被覆率などの定量的アウトカムを提供し、比較分析を可能にします。
- 分析：内視鏡、CTイメージング、組織学的解析を用いて、再現性があり意思決定に寄与するデータを生成します。
- トランスレーショナルリサーチ：適切な解剖学的コンテキストにおいて、臨床的実現可能性とバイオマテリアルの性能を評価するためのプラットフォームを提供します。
- 組織的再利用：反復的な足場材の最適化およびプログラムをまたいだベンチマーク測定のための、再利用可能なワークフローを確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：組織工学構築物の性能および宿主適合性における予測の信頼性を向上させる。
- 運用的価値：スキャフォールドの調製と移植を標準化し、再現性と拡張性のある研究を可能にする。
- 戦略的価値：スキャフォールド技術を臨床応用へと進めるかどうかの判断（go/no-go決定）に寄与する。
- ポートフォリオへの影響：in vivoの性能データに基づき、リスクを調整した組織工学プログラムの優先順位付けを可能にする。
実施上の検討事項
- 大型動物モデルにおける外科的専門知識および組織ハンドリングのスキルが必要です。
- イメージング手法および組織学的解析インフラへのアクセスが不可欠です。
- スキャフォールドの作製および移植プロトコルのチーム間での標準化が必要です。
- 他の解剖学的部位や種に適用する場合、プロトコルの変更が必要となる場合があります。
- 短期的な観察であるため、スキャフォールドの長期的な耐久性と機能の評価には限界があります。
