Model chirurgiczny jednoetapowych rurek urotelialnych inżynierii tkankowej u świnek miniaturowych
5 lipca 2024
Implanty inżynierii tkankowej do chirurgii rekonstrukcyjnej rzadko wychodzą poza próby przedkliniczne ze względu na pracochłonne hodowle ex vivo, które zawierają skomplikowane i kosztowne elementy rusztowania. W tym miejscu przedstawiamy jednoetapową procedurę przeznaczoną do odprowadzania moczu za pomocą dostępnego rusztowania rurkowego na bazie kolagenu zawierającego autologiczne mikroprzeszczepy.
Na początek pościć dorosłego mini świnkę z Getyngi na 12 godzin przed zabiegiem. Po wykonaniu standardowej laparotomii dolnej linii środkowej u znieczulonej świni, należy pociągnąć pęcherz moczowy międzyotrzewnowy do rany. Teraz wykonaj profilaktyczną hemostazę na przedniej ścianie pęcherza moczowego i nacij mięsień wypieracza za pomocą diatermii.
Następnie przetnij wewnętrzną warstwę błony śluzowej nożyczkami, aby wyciąć segment pęcherza moczowego o pełnej ścianie. Zamknij ścianę pęcherza za pomocą szybko wchłanialnego plecionego szwu biegowego, pozostawiając proksymalny otwór o długości jednego centymetra kwadratowego. Ostrożnie wypreparuj warstwę błony śluzowej wyciętej próbki w sterylnych warunkach i zmiel próbkę błony śluzowej na mikroprzeszczepy o milimetrze kwadratowym w celu osadzenia rusztowania.
Za pomocą kleszczy umieść cząstki błony śluzowej na dopasowanej biodegradowalnej siatce o współczynniku rozszerzalności od jednego do sześciu. Umieść siatkę z mikroprzeszczepami skierowanymi do góry w prostokątnej stalowej formie wypełnionej roztworem kolagenu. Po zestaleniu nasuń hydrożel na nylonową siatkę spoczywającą na perforowanej stalowej płycie i delikatnie wyjmij formę.
Usuń wodę z hydrożelu, umieszczając nylonową siatkę, a następnie stalową płytkę na wierzchu żelu, a następnie pasywnie ściskaj 120-gramowym ciężarkiem umieszczonym na wierzchu stalowej płytki przez pięć minut. Po ściśnięciu delikatnie usuń ciężarek i nylonową siatkę. Teraz przeszczep jest gotowy do zabiegu chirurgicznego.
Zwiń spłaszczone rusztowanie wokół biodegradowalnego stentu z mikroprzeszczepami skierowanymi w stronę stentu i zszyj rusztowanie wzdłużnie za pomocą wolno wchłanialnego szwu monofilamentowego. Zamocuj korek lewatywy z okrężnicy antegrade wewnątrz światła stentu, przyszywając stent do czapeczki za pomocą dwóch lub trzech przerwanych szwów niewchłanialnych. Po wykonaniu rusztowania należy zespoleć konstrukcję rurkową z pozostałym otworem na przedniej ścianie pęcherza moczowego za pomocą wolno wchłanialnego szwu biegowego z monofilamentu.
Zaciśnij zespolenie za pomocą szwu sznurkowego w torebce i podwiąż dystalny koniec przewodu. Zbierz płat otrzewnowy z więzadła łonowego i załataj rusztowanie rurkowe wzdłużnie za pomocą biegnącego, wolno wchłanialnego szwu monofilamentowego. Wstrzyknąć sól fizjologiczną przez cewnik cewki moczowej, aby potwierdzić drożność zespolenia.
Tępo wypreparuj kanał trans powięziowy bocznie do linii środkowej obok ogonowego gruczołu sutkowego po prawej stronie. Umieść przewód w kieszonce podskórnej i oznacz przewód niewchłanialnymi szwami na poziomie skóry. Po zamknięciu powięzi mięśniowej przedniej mięśnia brzucha należy zamknąć skórę niewchłanialnym szwem biegowym z monofilamentu.
Pod koniec sześciu tygodni obserwacji należy sprawdzić światło przewodu za pomocą endoskopii pod kątem ciągłości i wyściółki nabłonka. Wykonaj tomografię komputerową ze wzmocnieniem kontrastowym, aby zapewnić drożność przewodów. Po sześciu tygodniach obserwacji mikroskopowa ocena tkanki rusztowania nie wykazała żadnych oznak odrzucenia gospodarza lub infekcji, a rusztowanie rurkowe pozostało nietknięte i drożne.
Oceny histologiczne wykazały warstwowy nabłonek świetlny pochodzenia urotelialnego pokrywający całe rusztowanie z pozostałościami biomateriałów wzmacniających, które po sześciu tygodniach są nadal widoczne.
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia nowatorską, jednorazową procedurę odprowadzenia moczu z wykorzystaniem rusztowania rurkowego na bazie kolagenu, w które wbudowano autologiczne mikroprzeszczepy. Metoda ta ma na celu uproszczenie procesu inżynierii tkankowej, który w badaniach przedklinicznych często napotyka trudności ze względu na złożone wymagania dotyczące rusztowań.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Inżynieria tkankowa
- Chirurgia rekonstrukcyjna
- Urologia
Wprowadzenie
- Implanty inżynierii tkankowej często nie przechodzą etapu badań przedklinicznych.
- Obecne metody wykorzystują złożone i kosztowne komponenty rusztowań.
- Istnieje potrzeba opracowania bardziej dostępnych i efektywnych procedur chirurgicznych.
- Rusztowania kolagenowe mogą stanowić biokompatybilne rozwiązanie w odprowadzeniu moczu.
Cel badania
- Opracowanie uproszczonej procedury chirurgicznej odprowadzenia moczu.
- Wykorzystanie rusztowania kolagenowego zawierającego autologiczne mikroprzeszczepy.
- Ocena wykonalności i skuteczności nowej metody.
Zastosowane metody
- Przygotowanie rusztowania na bazie kolagenu z posiekanymi mikroprzeszczepami błony śluzowej.
- Standardowe techniki chirurgiczne wycięcia segmentu pęcherza moczowego i implantacji rusztowania.
- Ocena pooperacyjna za pomocą endoskopii i obrazowania TK.
- Analiza histologiczna tkanki rusztowania po sześciu tygodniach.
Główne wyniki
- Rusztowanie rurkowe pozostało drożne i niezakorkowane po sześciu tygodniach.
- Nie zaobserwowano oznak odrzutu przez organizm gospodarza ani infekcji.
- Oceny histologiczne wykazały obecność wielowarstwowego nabłonka światła o pochodzeniu urotelialnym.
- Pozostałości wzmacniających biomateriałów były nadal widoczne po sześciu tygodniach.
Wnioski
- Procedura jednosegmentowa stanowi realną alternatywę dla odprowadzenia moczu.
- Rusztowania oparte na kolagenie z autologicznymi mikroprzeszczepami mogą poprawić wyniki chirurgiczne.
- Metoda ta może ułatwić wprowadzenie implantów inżynierii tkankowej do praktyki klinicznej.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Badania i rozwój w sektorze biofarmaceutycznym mierzą się z ciągłymi wyzwaniami w opracowywaniu niezawodnych i skalowalnych rozwiązań z zakresu inżynierii tkankowej dla urologii rekonstrukcyjnej, w której kluczowe znaczenie mają dostępność przeszczepów oraz kompatybilność z organizmem biorcy. Ten jednostopniowy model rusztowania na bazie kolagenu u miniswini dostarcza powtarzalną platformę do oceny integracji tkanek autologicznych oraz krótkoterminowej wydajności in vivo. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w zakresie oddziaływań między rusztowaniem a organizmem gospodarza i pozwala określić ryzyko translacyjne dla przyszłych zastosowań klinicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia mechanistyczną analizę integracji rusztowania i regeneracji tkanek w kontrolowanym modelu na dużych zwierzętach.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez zastosowanie tkanki autologicznej w celu zminimalizowania immunogenności i ryzyka odrzucenia.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celów dla strategii inżynierii tkanki urotelialnej.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Zapewnia zestandaryzowany przebieg prac w zakresie przygotowywania i implantowania konstruktów inżynierii tkankowej wraz z ilościowymi odczytami poimplantacyjnymi.
- Umożliwia reprodukowalną ocenę drożności rusztowania, epitelializacji oraz odpowiedzi gospodarza z wykorzystaniem obrazowania i histologii.
- Wspiera późniejszy screening modyfikacji biomateriałów lub źródeł komórek w zwalidowanym kontekście przedklinicznym.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Odpowiada na potrzeby rekonstrukcyjne związane z chorobą poprzez modelowanie odprowadzenia moczu w systemie istotnym fizjologicznie.
- Umożliwia zachowanie ciągłości od etapu projektowania rusztowania po walidację in vivo, wspierając decyzje o rozwoju projektu w oparciu o analizę ryzyka.
- Zapewnia wgląd translacyjny w trwałość rusztowania, integrację z organizmem gospodarza oraz ryzyko infekcji w określonym okresie obserwacji.
Integracja potoku i przepływu pracy
Model ten stanowi pomost między wczesną fazą odkryć a walidacją przedkliniczną, umożliwiając testowanie hipotez dotyczących rusztowań inżynierii tkankowej w systemie dużych zwierząt.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących integracji rusztowania z organizmem gospodarza oraz mechanizmów regeneracji tkanek.
- Przesiewanie: Dostarcza wyników ilościowych, takich jak drożność przewodu i stopień pokrycia nabłonkiem, do analizy porównawczej.
- Analityka: Wykorzystuje endoskopię, obrazowanie CT oraz histologię do generowania powtarzalnych danych umożliwiających podejmowanie decyzji.
- Badania translacyjne: Zapewnia platformę do oceny wykonalności klinicznej i wydajności biomateriałów w odpowiednim kontekście anatomicznym.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Ustanawia wielokrotnie wykorzystywalny schemat postępowania dla iteracyjnej optymalizacji rusztowań i benchmarkingu międzyprogramowego.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie wydajności konstruktów inżynierii tkankowej oraz ich kompatybilności z organizmem gospodarza.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje przygotowanie rusztowania i jego implantację w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności badań.
- Wartość strategiczna: Uzasadnia decyzje o kontynuacji lub przerwaniu prac nad technologiami rusztowań w drodze do ich translacji klinicznej.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację programów inżynierii tkankowej z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o dane dotyczące wydajności in vivo.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia chirurgicznego w pracy z dużymi modelami zwierzęcymi oraz w obchodzeniu się z tkankami.
- Wymaga dostępu do technik obrazowania oraz infrastruktury do analizy histologicznej.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów wytwarzania i implantacji rusztowań pomiędzy zespołami.
- Adaptacja do innych obszarów anatomicznych lub gatunków może wymagać modyfikacji protokołu.
- Krótkoterminowa obserwacja ogranicza ocenę długoterminowej trwałości i funkcji rusztowania.
