Экспериментальная ортотопическая имплантация тканеинженерной конструкции трахеи, созданной на основе заселенного мезенхимальными и эпителиальными клетками девитализированного матрикса

Цель. Изучить жизнеспособность тканеинженерной конструкции (ТИК) на основе девитализированного трахеального матрикса (ДТМ), заселенного мезенхимальными стромальными и эпителиальными клетками, на модели оценки жизнеспособности тканеинженерного имплантата при закрытии критического дефекта дыхательных путей у кроликов. Оценить потенциал ТИК к поддержанию стабильного просвета трахеи в области имплантации. Материалы и методы. Получены сингенные мезенхимальные стромальные клетки костного мозга (МСК КМ) и сингенные эпителиоциты легкого кролика. Морфологию и фенотип культуры МСК КМ подтверждали иммунофлюоресцентным окрашиванием на маркеры CD90 и CD271. Клетки легочного эпителия, полученные методом энзиматической обработки измельченной ткани легкого кролика, были окрашены на характерные для эпителиальных клеток маркеры CKPan, CK8/18 и CK14. Девитализация донорской трахеи проведена тремя последовательными циклами замораживания–оттаивания. Двухслойное заселение ДТМ клетками выполнено в условиях статичного и динамического культивирования. Проведена ортотопическая имплантация ТИК на место дефекта переднебоковой стенки трахеи кролика, сформированного в результате резекции трахеи на протяжении четырех колец. Оценка результатов выполнена методами компьютерной томографии, гистологического и иммуногистохимического анализов. Результаты. Получен имплантат ТИК на основе ДТМ с двухслойным заселением клеточными культурами МСК КМ и эпителиоцитов кролика. Через 3 мес. после имплантации отмечалось приживление ТИК, стенозирования стенки трахеи не наблюдалось, однако отмечалось незначительное сужение просвета в области имплантации. На 6-й мес. после имплантации жизнеспособность тканеинженерной конструкции подтверждалась гистологическим методом. Показана эпителизация и васкуляризация стенки трахеи, отсутствие признаков гнойного воспаления и асептического некроза. Определена причина небольшого сужения просвета трахеи хроническое воспаление, вызванное раздражением слизистой шовным материалом. Заключение. Получена модель для оценки жизнеспособности тканеинженерного имплантата при закрытии критического дефекта дыхательных путей. Разработанная ТИК на основе ДТМ, двухслойно заселенного эпителиоцитами легкого и МСК КМ, была успешно применена для замещения непротяженных дефектов трахеи в эксперименте in vivo. Минимальная тканевая реакция на ТИК трахеи была обусловлена биосовместимостью имплантата.

девитализация, имплантат, клеточная терапия, тканевая инженерия, тканевая терапия, торакальная хирургия, трансплантат, трахея

1. Barbetakis N, Samanidis G, Paliouras D, Lafaras C, Bischiniotis T, Tsilikas C. Intraoperative tracheal reconstruction with bovine pericardial patch following iatrogenic rupture. Patient Saf Surg. 2008; 2 (1): 4. doi: 10.1186/1754-9493-2-4.

2. Голуб ИЕ, Пинский СБ, Нетесин ЕС. Постинтубационные повреждения трахеи. Сибирский медицинский журнал. 2009; 87 (4): 124–128.

3. Соколович АГ, Деринг ЕВ, Хорошилов ИА. Несостоятельность анастомоза после циркулярной резекции трахеи и ее профилактика. Сибирское медицинское обозрение. 2006; 40 (3): 17–20.

4. Паршин ВД, Люндуп АВ, Тарабрин ЕА, Паршин ВВ. Отдаленный результат трансплантации трахеи: успех и нерешенные проблемы. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2018; (11): 11–19. doi: 10.17116/hirurgia201811111.

5. Law JX, Liau LL, Aminuddin BS, Ruszymah BH. Tissueengineered trachea: a review. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2016; 91: 55–63. doi: 10.1016/j.ijporl.2016.10.012.

6. Барановский ДС, Демченко АГ, Оганесян РВ, Лебедев ГВ, Берсенева ДА, Балясин МВ и др. Получение бесклеточного матрикса хряща трахеи для тканеинженерных конструкций. Вестник Российской академии медицинских наук. 2017; 72 (4): 254–260. doi: 10.15690/vramn723.

7. Куевда ЕВ, Губарева ЕА, Сотниченко АС, Гуменюк ИС, Гилевич ИВ, Поляков ИС и др. Опыт перфузионной рецеллюляризации биологического каркаса легких крысы. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2016; 18 (1): 38–44. doi: 10.15825/1995-1191-2016-1-38-44.

8. Seguin A, Baccari S, Holder‑Espinasse M, Bruneval P, Carpentier A, Taylor DA et al. Tracheal regeneration: evidence of bone marrow mesenchymal stem cell involvement. J Thorac Cardiovasc Surg. 2013; 145 (5): 1297–1304. doi: 10.1016/j.jtcvs.2012.09.079.

9. Go T, Jungebluth P, Baiguero S, Asnaghi A, Martorell J, Ostertag H et al. Both epithelial cells and mesenchymal stem cell–derived chondrocytes contribute to the survival of tissue-engineered airway transplants in pigs. J Thorac Cardiovasc Surg. 2010; 139 (2): 437–443. doi: 10.1016/j.jtcvs.2009.10.002.

10. Jungebluth P, Bader A, Baiguera S, Möller S, Jaus M, Lim ML et al. The concept of in vivo airway tissue engineering. Biomaterials. 2012; 33 (17): 4319–4326. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.03.016.

11. Shin YS, Choi JW, Park JK, Kim YS, Yang SS, Min BH et al. Tissue-engineered tracheal reconstruction using mesenchymal stem cells seeded on a porcine cartilage powder scaffold. Ann Biomed Eng. 2015; 43 (4): 10031013. doi: 10.1007/s10439-014-1126-1.

12. Nakayama GR, Caton MC, Nova MP, Parandoosh Z. Assessment of the Alamar Blue assay for cellular growth and viability in vitro. J Immunol Methods. 1997; 204 (2): 205–208. doi: 10.1016/S0022-1759(97)00043-4.

13. Jetten AM, George MA, Smits HL, Vollberg TM. Keratin 13 expression is linked to squamous differentiation in rabbit tracheal epithelial cells and down-regulated by retinoic acid. Exp Cell Res. 1989; 182 (2): 622–634. doi: 10.1016/0014-4827(89)90264-4.

14. Roth SP, Glauche SM, Plenge A, Erbe I, Heller S, Burk J. Automated freeze-thaw cycles for decellularization of tendon tissue-a pilot study. BMC biotechnology. 2017; 17 (1): 13. doi: 10.1186/s12896-017-0329-6.

15. Chang CH, Chen CC, Liao CH, Lin FH, Hsu YM, Fang HW. Human acellular cartilage matrix powders as a biological scaffold for cartilage tissue engineering with synovium-derived mesenchymal stem cells. J Biomed Mater Res A. 2014; 102 (7): 2248–2257. doi: 10.1002/jbm.a.34897.

16. Люндуп АВ, Демченко АГ, Тенчурин ТХ, Крашенинников МЕ, Клабуков ИД, Шепелев АД и др. Повышение эффективности заселения биодеградируемых матриксов стромальными и эпителиальными клетками при динамическом культивировании. Гены и клетки. 2016; 11 (3): 102–107.