• Українська
  • English
Тканинна інженерія в лікуванні урологічної патології
Тканинна інженерія в лікуванні урологічної патології

Тканинна інженерія в лікуванні урологічної патології

У жовтні традиційно святкують день уролога. В урологічній практиці постійно з’являються нові методи діагностики та лікування. Вашій увазі пропонуємо огляд нових перспективних методів корекції та лікування урологічної патології з використанням тканинної інженерії.

 

У недавньому огляді група німецьких вчених під керівництвом Карла-Дітріха Зіерта розповіла про перспективи застосування тканинної інженерії для лікування урологічних хвороб у найближчому майбутньому. Автори підкреслюють необхідність вирішення величезної кількості етичних і правових питань, пов?язаних зі створенням, розвитком і клінічним застосуванням новітніх біомедичних технологій.

Прогрес у цій галузі досягнутий завдяки розвитку селективних середовищ і визначенню маркерів, необхідних для виділення і впливу на конкретні типи клітин. Важливих інновацій досягнуто в галузі розробки природних і синтетичних біоматеріалів, які можуть бути використані в якості компонентів клітинного каркаса. Остаточно не вирішеною є методика поєднання цих технологій (контроль росту клітин і функціонування каркаса для цих клітин). Для вирішення цієї проблеми дослідження спрямовані на опанування керування певними програмами диференціації клітин, координації міжклітинної взаємодії, а також перебіг регенеративних процесів у реципієнта.

Тканинна інженерія в урології вже не майбутнє.

Вона поступово переходить із лабораторій в урологічну практику. У літературі висвітлено різні шляхи утворення тканин у пробірці для трансплантації та регенеративні процеси інтеграції трансплантатів і біоматеріалів в організмі людини. Як і при будь-якому новому методі лікування, початкові дослідження і навіть досягнення повинні розглядатися з певною обережністю. Однак, в умовах відсутності позитивних результатів від стандартних методів лікування, новий метод може стати терапією порятунку там, де інші методи не допомогли.

Модель створення трансплантата залежить від вимог до функціональних характеристик тканин і передбачуваної стратегії їх введення пацієнту.

Так, наприклад, трансплантат, який відразу після імплантації буде виконувати функцію в повному обсязі, повинен перебувати в більш зрілому стані, ніж ті, які почнуть функціонувати поетапно. Кінцевий результат буде залежати від здатності трансплантата стати фізіологічно і функціонально еквівалентним власним здоровим тканинам людини. Надзвичайно важливо брати до уваги будь-які патологічні стани організму реципієнта, які можуть негативно позначитися на формуванні здорової функціональної тканини з аутогенних клітин або вплинути на оточення, до якого додали трансплантат.

Клітинний каркас є специфічною частиною трансплантата, яка призначена для підтримки зростання клітин і формування тканинної структури.

Перший підхід до формування підтримки структури полягає у використанні природного безклітинного матриксу, який може забезпечити утворення ідеального клітинного каркаса, особливо при використанні його ортотопічно (трансплантат поміщають у його нормальне анатомічне положення). Наприклад, безклітинний матрикс, який отримано із стінки сечового міхура свині, зберігає основні структурні та механічні властивості нативної тканини. В якості потенційної альтернативи такого матриксу сечового міхура пропонуються інші клітинні каркаси, в тому числі амніон, але більшість із них поки знаходиться на етапі дослідження. Незважаючи на деякий успіх у застосуванні безклітинного матриксу, в більшості випадків дослідники обмежувалися невеликими трансплантатами в експериментальних моделях із відсутністю патології. У результатах досліджень, які було опубліковано, повідомлялося, що використання колагену з матриксу підслизової сечового міхура в реконструкції уретри дає 85% позитивних результатів. Однак у рандомізованому контрольованому дослідженні було виявлено, що для успішного застосування безклітинного матриксу потрібна наявність здорових навколишніх тканин. В іншому випадку він буде працювати гірше, ніж слизова оболонки щоки при лікуванні стриктури уретри. Хоча безклітинний матрикс розглядається як «природний матеріал», слід мати на увазі, що формування тканини за допомогою такого матриксу не є нормальним процесом розвитку і може не призводити до бажаних результатів.

Можливість використання синтетичних клітинних каркасів сьогодні досліджується.

Багато варіантів матеріалу для клітинних каркасів були випробувані, але властивості цих матеріалів і розуміння механізму взаємодії клітин із клітинними каркасами все ще перебуває на початкових стадіях. Крім біосумісності та імунологічної толерантності до основної речовини каркаса, терміну і впливу продуктів його біодеградації, необхідно враховувати й інші фізичні властивості (топографію, особливості поверхні, механічні властивості і структуру), які можуть вплинути на клітинну відповідь та інтеграцію трансплантату. Дослідники повідомляють про те, що такі властивості біоматеріалу, як біосумісність, діаметр волокна та його орієнтація, а також модуль пружності, є важливими модуляторами росту клітин і формування фенотипу. З метою покращення результатів проводиться абсорбція сироватки на поверхні біоматеріалу, що призводить до покращення біосумісності.

Одним із найважливіших завдань є налагодження постачання клітин трансплантату поживними речовинами.

З розвитком можливості культивувати клітини in vitro на тривимірній моделі виникла проблема обміну речовин у клітинах, які розташовані у глибині трансплантату. Він здійснюється шляхом дифузії. Нівелювати недостатню активність дифузії допомагає використання технології біореактора. Французькі вчені розглянули можливість використання сальникового біореактора для створення нового сечоводу: обрана модель розміщувалася внутрішньоочеревинно та її було занурено в сальник для покращення васкуляризації. Ця стратегія є найперспективнішою, оскільки призводить до поліпшення клітинної конфігурації із хорошою васкуляризацією багатошарового трансплантату. Імплантація колагенової губки, васкуляризацію якої було ініційовано занурення її в сальник, призводить до гарного росту уротеліальних і гладком?язових клітин. Методика сальникового занурення також досліджується для формування аутогенного генно-інженерного новоутвореного сечового міхура.

Триває пошук альтернативних підходів.

Серед них – використання клітинних каркасів, які містять фактори росту; модифікація клітин із метою збільшення продукції факторів росту. Вчені вважають, що результати генетичної модифікації клітин повинні виноситися на розгляд комітету з клінічних випробувань трансплантатів зі стовбурових клітин. У серпні 2014 року почалися перші в історії клінічні випробування трансплантатів гортані, створених з основи, отриманої видаленням клітин із донорського органа відповідного розміру і стовбурових клітин пацієнта. Команду дослідників очолює Мартін Бірчелл із Брістольського університету в Великобританії. Вони також проводять спостереження за віддаленими наслідками трансплантації, оскільки контроль диференціації клітин і їх росту є ключовими моментами профілактики можливого утворення пухлин у віддалених періодах.

Раніше передбачалося, що єдиною метою тканинної інженерії є хірургічна імплантація повністю функціонуючого органа. Однак слід пам?ятати, що ця сфера також включає в себе введення диференційованих або мультипотентних клітин для стимуляції, регенерації або збільшення об’єму тканини. Опубліковані матеріали дозволяють припустити, що клінічне поліпшення в 90% випадків зберігається протягом 12 місяців. Згідно з найбільш перспективними даними, 90% від групи пацієнтів із нетриманням сечі можуть досягти клінічного одужання. При цьому такі параметри урофлоуметрії, як максимальний уретральний тиск закриття, можуть бути поліпшені після ін?єкції стовбурових клітин. У літературі опубліковані результати гістологічних досліджень після проведеної генерації м?язових клітин шляхом введення клональних міобластів. Результати рандомізованого контрольованого дослідження показали, що використання аутогенних стовбурних клітин дає кращі результати, ніж звичайні ін?єкції об?ємоутворювальних препаратів. Однак ця група науковців визнала необхідність багатоцентрових досліджень, перш ніж таке лікування можна буде використовувати як стандарт.

Методики із застосуванням клітинної інженерії під час виконання комплексної цистопластики пропонуються для вирішення проблем, що виникають при ентероцистопластиці. При виконанні цієї методики за допомогою васкуляризованої, функціонально сформованої гладком?язевої частини тканини трансплантату формують артифіціальний сечовий міхур. Але епітелій для нього створюють у пробірці генерацією аутогенного уротелію, який краще підходить для роботи в якості сечового бар’єра. Ефективність цього способу було доведено демонстрацією моделі сечового міхура свині з використанням гладком?язового сегмента, який було отримано з матки. При цьому автори припустили, що покращити функціональні результати можна із застосування диференційованого, функціонального уротеліального бар?єра. Наукові роботи тієї ж групи вчених показали, що вирощені in vitro уротеліальні клітини людини і свині можуть індукувати формування сечового бар’єра. У нещодавній доповіді австрійського уролога Удо Нагеля і його співавторів повідомлялося, що замість цистоскопічної біопсії, уротеліальна клітинна культура може бути отримана менш інвазивним методом – промиванням сечового міхура. Дуже важливий строгий контроль над якістю клітин, який гарантує, що нові тканини будуть здатні функціонувати і регенерувати протягом терміну служби трансплантата. На сьогодні в світі є досвід регенерації уретри шляхом імплантації матриксу для стимулювання процесів відновлення. Група шанхайських вчених продемонструвала на моделі кролика, що для відновлення тканини може бути використаний колаген безклітинного матриксу сечового міхура. Результати були поліпшені при первісному заповненні матриксу аутогенними епідермальними клітинами крайньої плоті. Зростання і подальше кровопостачання можуть бути поліпшені шляхом селекції клітин і додаванням факторів росту, зокрема ендотелію судин. На жаль, ex vivo спроби регенерації уретри досі не досягли успіху. Клінічні дослідження з використанням тканинної інженерії слизової оболонки щоки показали, що деякі надії є, однак ці експерименти пов’язані з серйозними труднощами технічного та етичного характеру. Відповідно до підсумків спостереження за великою групою пацієнтів, яким для лікування стриктури уретри було імплантовано підслизову тонкої кишки, ця процедура виявилася успішною у 85% пацієнтів. Тим не менше, при оцінці потенційної результативності нового методу лікування необхідно порівнювати його з традиційними методами і ретельно розглядати наслідки обраної стратегії.

Недоліком сечового міхура, створеного за допомогою тканинної інженерії, є можливе його неадекватне функціонування. Над цією проблемою працює група корейських дослідників, які вважають, що значно поліпшити скорочувальну функцію сечового міхура може заздалегідь підготовлена динамічна культура клітин.

Тканинна інженерія надає певні можливості в реконструктивній хірургії статевого члена. Генерація трансплантатів з дерми мошонки виявила хороші перспективи в збільшенні розміру статевого члена. З 84-х пацієнтів, яких було прооперовано за допомогою цієї методики, з медіаною спостереження в 24 місяці 81% оцінили результат як «дуже добрий» або «краще, ніж раніше».

При хворобі Пейроні в якості тканин для трансплантації можливе використання слизової тонкої кишки, бичачого перикарда, підшкірної вени, а також препаратів АллоДерм і Tutopatch. У серії випадків лікування 162 пацієнтів дослідники повідомили, що застосування слизової тонкої кишки і АллоДерма призводить до позитивних стійких клінічних результатів. Одночасно з перспективами відновлення структури органа є можливість покращення функції за допомогою введення культивованих ендотеліальних клітин.

Отже, незважаючи на зростання інтересу до цієї захопливої інноваційної сфери та вкладання в неї значних інвестицій, широке застосування тканинної інженерії в медицині поки ще обмежене. Щоб ширше впровадити в клінічну практику тканинну інженерію, треба отримати більш повну інформацію про віддалені наслідки, необхідні великі клінічні дослідження, які потребують часу, розвиненої інфраструктури та кваліфікованої робочої сили. Лікарям доведеться переглянути клінічні та етичні питання застосування тканинної інженерії, щоб відкрити дорогу для досліджень, як це було зроблено щодо використання стовбурових клітин. Деякі методи, як-от ін?єкції клітин, можуть бути введені в клінічну практику досить швидко. Однак розробка, виробництво і впровадження тканинних трансплантатів залишаються остаточно не дослідженими.

Матеріал підготував: Владиченко Костянтин – асистент кафедри урології та нейрохірургії

Корисно знати