Minipigs의 단일 단계 조직 공학 요로상피관에 대한 수술 모델
2024년 7월 5일
재건 수술을 위한 조직 공학 임플란트는 복잡하고 값비싼 골격 구성 요소를 포함하는 힘든 체외 배양으로 인해 전임상 시험 이상으로 거의 진행되지 않습니다. 여기에서는 자가 미세이식편을 포함하는 접근 가능한 콜라겐 기반 관형 골격을 사용하여 요로 전환을 위해 설계된 단일 단계 절차를 제시합니다.
먼저, 다 자란 괴팅겐 미니 돼지를 수술 12시간 전에 금식합니다. 마취된 돼지에서 표준 하중앙선 개복술을 시행한 후 복강 간 방광을 상처 쪽으로 당깁니다. 이제 방광 전벽에 예방적 지혈을 시행하고 투열 요법으로 배뇨근을 절개합니다.
그런 다음 가위로 내부 점막층을 잘라 전체 벽 방광 분절을 절제합니다. 빠르게 재흡수할 수 있는 꼰 러닝 러닝 봉합사로 방광 벽을 닫고 1제곱센티미터의 근위 개구부를 남겨둡니다. 절제된 표본의 점막층을 멸균 상태에서 조심스럽게 절개하고 점막 표본을 골격 매립을 위해 1제곱밀리미터 마이크로 이식편으로 다집니다.
겸자를 사용하여 점막 입자를 1-6 팽창 비율로 장착된 생분해성 메쉬에 놓습니다. 미세 이식편이 위쪽을 향하도록 메쉬를 콜라겐 용액으로 채워진 직사각형 강철 틀 안에 놓습니다. 응고 후 천공된 강판 위에 놓인 나일론 메쉬에 하이드로겔을 밀어 넣고 금형을 부드럽게 제거합니다.
나일론 메쉬를 놓고 겔 위에 강판을 올려 하이드로겔에서 물을 배출한 다음 강판 위에 120g의 추를 올려 5분 동안 수동적으로 압축합니다. 압축 후 무게와 나일론 메쉬를 부드럽게 제거합니다. 이제 이식편을 수술로 다룰 준비가 되었습니다.
미세 이식편이 스텐트를 향하도록 하여 생분해성 스텐트 주위로 평평한 골격을 굴리고 느린 흡수성 모노필라멘트 실행 봉합사로 골격을 세로로 제자리에 봉합합니다. 스텐트 내강 내부에 전방 결장 관장 마개를 고정하여 2개 또는 3개의 중단된 비흡수성 봉합사로 스텐트를 캡에 봉합합니다. 골격을 완성한 후, 천천히 흡수 가능한 모노필라멘트 러닝 봉합사를 사용하여 전방 방광 벽의 나머지 개구부까지 관형 구조물을 문합합니다.
지갑 끈 봉합사로 문합을 조이고 도관의 말단부를 접합합니다. 치골 인대에서 복막 피판을 채취하고 관형 골격을 달리는 느린 재흡수성 모노필라멘트 봉합사로 세로로 패치합니다. 요도 카테터를 통해 식염수를 주입하여 문합 개통을 확인합니다.
트랜스 근막 채널을 오른쪽에 있는 꼬리 유선 옆의 정중선으로 측면으로 둔화하여 절개합니다. 도관을 피하 주머니에 넣고 재흡수되지 않는 피부 수준 봉합사로 도관을 표시합니다. 복부 근육의 전근근막을 봉합한 후 재흡수성이 없는 모노필라멘트 런닝 봉합사로 피부를 봉합합니다.
6주간의 관찰이 끝나면 내시경으로 도관 내강을 검사하여 연속성과 상피 내벽을 검사합니다. 도관 개통성을 보장하기 위해 조영제 강화 컴퓨터 단층 촬영을 수행합니다. 6주간의 관찰 후, 현미경 골격 조직 검사에서 숙주 거부 반응이나 감염의 징후가 나타나지 않았으며, 세뇨관 골격은 특허를 유지하고 막히지 않았습니다.
조직학적 평가는 요로상피 기원의 성층화된 내강 상피가 전체 골격을 덮고 있으며 강화 생체 물질의 잔해가 6주 후에도 여전히 보이는 것으로 나타났습니다.
개요
본 연구는 자가 미세이식물이 내장된 콜라겐 기반 관상 스캐폴드를 이용한 새로운 단일 단계 요로 전환술 절차를 제시합니다. 이 방법은 복잡한 스캐폴드 요구 사항으로 인해 전임상 시험에서 종종 어려움을 겪는 조직 공학 과정을 단순화하는 것을 목표로 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 조직 공학
- 재건 외과
- 비뇨의학과
배경
- 조직 공학 임플란트는 전임상 시험 단계를 넘어 발전하지 못하는 경우가 많습니다.
- 현재의 방법들은 복잡하고 비용이 많이 드는 스캐폴드 구성 요소를 포함합니다.
- 더욱 접근 가능하고 효율적인 수술 절차가 필요합니다.
- 콜라겐 기반 스캐폴드는 요로 전환술을 위한 생체 적합성 솔루션을 제공할 수 있습니다.
연구 목적
- 요로 전환술을 위한 간소화된 수술 절차를 개발합니다.
- 자가 미세이식편이 포함된 콜라겐 기반 스캐폴드를 활용합니다.
- 새로운 방법의 실행 가능성과 효과를 평가합니다.
사용된 방법
- 잘게 썬 점막 미세이식편을 포함한 콜라겐 기반 스캐폴드의 준비.
- 방광 분절 절제 및 스캐폴드 식립을 위한 표준 수술 기법.
- 내시경 및 CT 영상을 통한 수술 후 평가.
- 6주 후 스캐폴드 조직의 조직학적 분석.
주요 결과
- 관형 스캐폴드는 6주 후에도 개통 상태를 유지하며 폐쇄되지 않았다.
- 숙주 거부 반응이나 감염 징후는 관찰되지 않았다.
- 조직학적 평가 결과, 요로상피 유래의 층상 내강 상피가 확인되었다.
- 강화 바이오 소재의 잔해는 6주 후에도 여전히 관찰되었다.
결론
- 단일 단계 절차는 요로 전환술의 실행 가능한 대안입니다.
- 자가 미세이식편을 포함한 콜라겐 기반 스캐폴드는 수술 결과를 개선할 수 있습니다.
- 이 방법은 조직 공학 임플란트의 임상 적용으로의 전환을 촉진할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
바이오 제약 R&D는 이식편의 가용성과 숙주 적합성이 매우 중요한 재건 비뇨의학 분야에서 신뢰할 수 있고 확장 가능한 조직 공학적 솔루션을 개발하는 데 지속적인 어려움을 겪고 있습니다. 미니피그를 대상으로 한 이 단일 단계 콜라겐 기반 스캐폴드 모델은 자가 조직 통합 및 단기 체내 성능을 평가하기 위한 재현 가능한 플랫폼을 제공합니다. 이 접근 방식은 스캐폴드와 숙주 간의 상호작용에 대한 예측 신뢰도를 높이며, 향후 임상 적용을 위한 중개 연구의 리스크를 파악하는 데 기여합니다.
바이오제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 제어된 대동물 모델에서 스캐폴드 통합 및 조직 재생의 기전적 조사를 가능하게 합니다.
- 자가 조직을 사용하여 면역원성과 거부 반응 위험을 최소화함으로써 생물학적 리스크 완화를 지원합니다.
- 요로상피 조직 공학 전략에 대한 기능적 표적 검증을 용이하게 합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 정량적인 이식 후 판독값을 포함하여 조직 공학 구조물을 준비하고 이식하기 위한 표준화된 워크플로우를 제공합니다.
- 영상 및 조직학적 분석을 통해 스캐폴드의 개통성, 상피화 및 숙주 반응에 대한 재현 가능한 평가를 가능하게 합니다.
- 검증된 전임상 맥락에서 생체 재료 수정 또는 세포 공급원에 대한 후속 스크리닝을 지원합니다.
중개 및 전임상 연구
- 생리학적으로 유의미한 시스템에서 요로 전환술을 모델링함으로써 질병 관련 재건 요구 사항과 일치시킵니다.
- 스캐폴드 설계부터 인비보(in vivo) 검증까지의 연속성을 가능하게 하여, 리스크를 고려한 진행 결정 과정을 지원합니다.
- 정해진 관찰 기간 동안 스캐폴드의 내구성, 숙주 통합 및 감염 위험에 대한 중개적 통찰력을 제공합니다.
파이프라인 및 워크플로 통합
본 모델은 대동물 시스템에서 조직 공학 스캐폴드의 가설 기반 테스트를 가능하게 함으로써 초기 발견과 전임상 검증 사이의 가교 역할을 합니다.
- 발견 생물학: 지지체-숙주 통합 및 조직 재생 메커니즘에 대한 가설 검증을 지원합니다.
- 스크리닝: 비교 분석을 위해 도관 개통성 및 상피 세포 피복도와 같은 정량적 결과물을 제공합니다.
- 분석학: 내시경, CT 영상 및 조직학을 활용하여 재현 가능하고 의사결정이 가능한 데이터를 생성합니다.
- 중개 연구: 관련 해부학적 맥락에서 임상적 타당성과 생체 재료 성능을 평가할 수 있는 플랫폼을 제공합니다.
- 기업적 재사용: 반복적인 지지체 최적화 및 프로그램 간 벤치마킹을 위한 재사용 가능한 워크플로우를 구축합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 조직 공학 구조물의 성능 및 호스트 적합성에 대한 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운용적 가치: 재현 가능하고 확장 가능한 연구를 위해 스캐폴드 준비 및 이식 과정을 표준화합니다.
- 전략적 가치: 스캐폴드 기술의 임상 적용 추진 여부를 결정하는 go/no-go 판단의 근거를 제공합니다.
- 포트폴리오 영향: in vivo 성능 데이터를 기반으로 조직 공학 프로그램의 위험 조정 우선순위 설정을 가능하게 합니다.
실행 시 고려 사항
- 대동물 모델의 수술적 전문 지식과 조직 취급 숙련도가 필요합니다.
- 영상 진단 장비 및 조직학적 분석 인프라의 활용이 요구됩니다.
- 스캐폴드 제작 및 이식 프로토콜에 대한 팀 간 표준화가 필요합니다.
- 다른 해부학적 부위나 종에 적용할 경우 프로토콜 수정이 필요할 수 있습니다.
- 단기 관찰로는 스캐폴드의 장기적인 내구성과 기능을 평가하는 데 한계가 있습니다.
