Результаты экспериментального применения аллогенных и ксеногенных биоматериалов для регенерации циркулярного дефекта кишки

Целью работы явилось исследование регенераторных свойств аллогенных и ксеногенных биоматериалов для восстановления циркулярных дефектов кишки. Материалы и методы. В эксперименте использовали крыс-самцов линии Wistar половозрелых, возраст 1 год, вес 300 г (n = 98). В опытной группе животным (n = 49) трансплантировали аллогенный децеллюляризированный биоматериал, изготовленный из кишки крысы. В контрольной группе (n = 49) пересаживали ксеногенный биоматериал, изготовленный из кадаверной фиброзной капсулы почки человека. У крыс обеих групп была резецирована часть подвздошной кишки размером 30 мм, после чего в область дефекта помещали биоматериалы в виде трубки аналогичных размеров конец в конец. В последующем исследуемые биоматериалы подвергались децеллюляризации и морфологическим исследованиям. Результаты. В опытной группе через 2–3 месяца после трансплантации аллогенного децеллюляризированного биоматериала восстанавливалась архитектоника всех слоев стенки тонкой кишки, аллогенный биоматериал полностью резорбировался и замещался органоспецифическим регенератом. Верифицировано наличие кровеносных сосудов, нервных волокон и пейеровых бляшек. В контрольной группе после трансплантации ксеногенного биоматериала определялась смертность животных в 100% случаях в ранние сроки (7–14 сут) в связи с отторжением трансплантата и развитием выраженной иммунной воспалительной реакции в брюшной полости. Заключение. Использование предложенного метода в эксперименте достоверно способствует регенерации протяженного участка тонкой кишки от 30 мм, демонстрирует возможность восстановления кишечника со всеми структурными элементами, присущими кишечной стенке, и может быть применимо для лечения заболеваний, ассоциированных с СКК, воспалительно-деструктивными заболеваниями или для восполнения циркулярного дефекта после резекции кишки.

1. Seetharam P, Rodrigues G. Short bowel syndrome: a review of management options. Saudi J Gastroenterol. 2011; 17 (4): 229–235. doi: 10.4103/1319-3767.82573. PMID: 21727727; PMCID: PMC3133978.

2. Lloyd DA, Vega R, Bassett P, Forbes A, Gabe SM. Survival and dependence on home parenteral nutrition: experience over a 25‐year period in a UK referral centre. Aliment Pharmacol Ther. 2006; 24 (8): 1231–1240. doi: 10.1111/j.1365-2036.2006.03106.x. PMID: 17014582.

3. Sabharwal G, Strouse PJ, Islam S, Zoubi N. Congenital short-gut syndrome. Pediatr Radiol. 2004; 34 (5): 424–427. doi: 10.1007/s00247-003-1087-2. Epub 2003 Dec 16. PMID: 14676985.

4. Jia Q, Li H, Zhou H, Zhang X, Zhang A, Xie Y et al. Role and effective therapeutic target of gut microbiota in heart failure. Cardiovasc Ther. 2019; 2019: 5164298. doi: 10.1155/2019/5164298.

5. DiMartini A, Rovera GM, Graham TO, Furukawa H, Todo S, Funovits M et al. Quality of life after small intestinal transplantation and among home parenteral nutrition patients. JPEN J Parenter Enteral Nutr. 1998; 22 (6): 357–362. doi: 10.1177/0148607198022006357. PMID: 9829608.

6. Atema JJ, Mirck B, Van Arum I, Ten Dam SM, Serlie MJ, Boermeester MA. Outcome of acute intestinal failure. Br J Surg. 2016; 103 (6): 701–708. doi: 10.1002/bjs.10094. PMID: 26999497.

7. Cowles RA, Ventura KA, Martinez M, Lobritto SJ, Harren PA, Brodlie S et al. Reversal of intestinal failure–associated liver disease in infants and children on parenteral nutrition: experience with 93 patients at a referral center for intestinal rehabilitation. J Pediatr Surg. 2010; 45 (1): 84–88. doi: 10.1016/j.jpedsurg.2009.10.014. PMID: 20105585.

8. Spagnuolo MI, Cicalese MP, Bruzzese E, Caiazzo MA, Di Caro S, Squeglia V, Guarino A. Eleven years of management of children with intestinal failure and not candidates for intestinal transplantation. Transplant Research and Risk Management. 2010; 2: 71–75. doi: 10.2147/TRRM.S11930.

9. Kaye AJ, Patel SJ, Meyers SR, Ahlawat S. Outcomes of inflammatory bowel disease in hospitalized patients with generalized anxiety disorder. Cureus. 2022; 14 (8): e27656. doi: 10.7759/cureus.27656. PMID: 36072180; PMCID: PMC9439936.

10. Goulet O, Abi Nader E, Pigneur B, Lambe C. Short bowel syndrome as the leading cause of intestinal failure in early life: some insights into the management. Pediatr Gastroenterol Hepatol Nutr. 2019; 22 (4): 303–329. doi: 10.5223/pghn.2019.22.4.303. PMID: 31338307; PMCID: PMC6629594.

11. Камалова АА, Подшивалина АА, Сагеева ГИ, Дружкова ЕЕ. Региональный опыт лечения детей с синдромом короткой кишки. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2022; 67 (5): 231–236. https://doi.org/10.21508/1027-4065-2022-67-5-231-236.

12. Ladd MR, Costello CM, Gosztyla C, Werts AD, Johnson B, Fulton WB et al. Development of intestinal scaffolds that mimic native mammalian intestinal tissue. Tissue Eng Part A. 2019; 25 (17–18): 1225–1241. doi: 10.1089/ten.TEA.2018.0239. PMID: 30652526; PMCID: PMC6760185.

13. Wang Y, Wang Z, Dong Y. Collagen-based biomaterials for tissue engineering. ACS Biomater Sci Eng. 2023; 9 (3): 1132–1150. doi: 10.1021/acsbiomaterials.2c00730. PMID: 36800415.

14. Binlateh T, Thammanichanon P, Rittipakorn P, Thinsathid N, Jitprasertwong P. Collagen-based biomaterials in periodontal regeneration: current applications and future perspectives of plant-based collagen. Biomimetics (Basel). 2022; 7 (2): 34. doi: 10.3390/biomimetics7020034. PMID: 35466251; PMCID: PMC9036199.

15. Choi RS, Vacanti JP. Preliminary studies of tissue-engineered intestine using isolated epithelial organoid units on tubular synthetic biodegradable scaffolds. Transplant Proc. 1997; 29: 848–851. doi: 10.1016/s0041-1345(96)00164-9. PMID: 9123551.

16. Kim SS, Kaihara S, Benvenuto MS, Choi RS, Kim BS, Mooney DJ et al. Regenerative signals for intestinal epithelial organoid units transplanted on biodegradable polymer scaffolds for tissue engineering of small intestine 1, 2. Transplantation. 1999; 67 (2): 227–233. doi: 10.1097/00007890-199901270-00007. PMID: 10075585.

17. Kaihara S, Kim SS, Kim BS, Mooney D, Tanaka K, Vacanti JP. Long-term follow-up of tissue-engineered intestine after anastomosis to native small bowel. Transplantation. 2000; 69 (9): 1927–1932. doi: 10.1097/00007890-200005150-00031. PMID: 10830233.

18. Zakhem E, Raghavan S, Bitar KN. Neo-innervation of a bioengineered intestinal smooth muscle construct around chitosan scaffold. Biomaterials. 2014; 35 (6): 1882–1889. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.11.049. PMID: 24315576.

19. Hori Y, Nakamura T, Kimura D, Kaino K, Kurokawa Y, Satomi S et al. Experimental study on tissue engineering of the small intestine by mesenchymal stem cell seeding. J Surg Res. 2002; 102 (2): 156–160. doi: 10.1006/jsre.2001.6294. PMID: 11796013.

20. Liu Z, Rütten S, Buhl EM, Zhang M, Liu J, Rojas‐González DM et al. Development of a Silk Fibroin‐Small Intestinal Submucosa Small‐Diameter Vascular Graft with Sequential VEGF and TGF‐β1 Inhibitor Delivery for In Situ Tissue Engineering. Macromolecular Bioscience. 2023; 23 (9): 2300184. doi: 10.1002/mabi.202300184.

21. Nakase Y, Hagiwara A, Nakamura T, Kin S, Nakashima S, Yoshikawa T et al. Tissue engineering of small intestinal tissue using collagen sponge scaffolds seeded with smooth muscle cells. Tissue Eng. 2006; 12 (2): 403–412. doi: 10.1089/ten.2006.12.403. PMID: 16548698.

22. Khasanov R, Svoboda D, Tapia‑Laliena MÁ, Kohl M, Maas‑Omlor S, Hagl CI et al. Muscle hypertrophy and neuroplasticity in the small bowel in short bowel syndrome. Histochem Cell Biol. 2023; 160 (5): 391–405. doi: 10.1007/s00418-023-02214-4. PMID: 37395792; PMCID: PMC10624713.

23. Pahari MP, Raman A, Bloomenthal A, Costa MA, Bradley SP, Banner B et al. A novel approach for intestinal elongation using acellular dermal matrix: an experimental study in rats. Transplant Proc. 2006: 38 (6): 1849– 1850. doi: 10.1016/j.transproceed.2006.05.052. PMID: 16908302.

24. Nakase Y, Nakamura T, Kin S, Nakashima S, Yoshikawa T, Kuriu Y et al. Endocrine cell and nerve regeneration in autologous in situ tissue-engineered small intestine. J Surg Res. 2007; 137 (1): 61–68. doi: 10.1016/j.jss.2006.06.019. PMID: 17084409.

25. Мулдашев ЭР, Муслимов СА, Вялков ВА, Галимова ВУ, Нигматуллин РТ, Салихов АЮ и др. Биоматериал «Аллоплант» для регенеративной хирургии. Патент RU 2189257 C1. 2002-09-20.

26. Регенеративная медицина. Под ред. Э.Р. Мулдашева. Уфа: ГУП «Башкортостан», 2014; 432.

27. Chen Y, Guo C, Manousiouthakis E, Wang X, Cairns DM, Roh TT et al. Bi‐layered tubular microfiber scaffolds as functional templates for engineering human intestinal smooth muscle tissue. Adv Funct Mater. 2020; 30 (17): 2000543. doi: 10.1002/adfm.202000543. Epub 2020 Feb 27. PMID: 33692658; PMCID: PMC7938961.

28. Лебедева АИ, Муслимов СА, Мусина ЛА. Экспериментальное моделирование процесса хронического воспаления и фиброза. Биомедицина. 2013; 1 (4): 114–123.

29. Murray PJ, Wynn TA. Protective and pathogenic functions of macrophage subsets. Nat Rev Immunol. 2011; 11 (11): 723–737. doi: 10.1038/nri3073. PMID: 21997792; PMCID: PMC3422549.

30. Sicari BM, Johnson SA, Siu BF, Crapo PM, Daly KA, Jiang H et al. The effect of source animal age upon the in vivo remodeling characteristics of an extracellular matrix scaffold. Biomaterials. 2012; 33 (22): 5524–5533. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.04.017. PMID: 22575834; PMCID: PMC3569720.

31. Liu Z, Zhu J, Li Z, Liu H, Fu C. Biomaterial scaffolds regulate macrophage activity to accelerate bone regeneration. Front Bioeng Biotechnol. 2023; 11: 1140393. doi: 10.3389/fbioe.2023.1140393. PMID: 36815893; PMCID: PMC9932600.

32. Лебедева АИ, Гареев ЕМ, Афанасьев СА, Кондратьева ДС, Муслимов СА, Попов СВ. Аллогенный биоматериал – ингибитор фиброза в ишемически поврежденном миокарде. Медицинская иммунология. 2023; 25 (2): 301–308. https://doi.org/10.15789/10.15789/1563-0625-ABA-2359.

33. Мусина ЛА, Шакиров РФ, Галимова ВУ, Шангина ОР, Лебедева АИ, Кадыров РЗ. Биоматериал «Аллоплант» как ингибитор рубцевания поврежденной роговицы (иммуногистохимическое исследование). Практическая медицина. 2019; 17 (1): 112–116.

34. Abraham DJ, Shiwen X, Black CM, Sa S, Xu Y, Leask A. Tumor necrosis factor α suppresses the induction of connective tissue growth factor by transforming growth factor-β in normal and scleroderma fibroblasts. J Biol Chem. 2000; 275 (20): 15220–15225. doi: 10.1074/jbc.275.20.15220. PMID: 10809757.

35. Censi R, Van Putten S, Vermonden T, Di Martino P, Van Nostrum CF, Harmsen MC et al. The tissue response to photopolymerized PEG‐p (HPMAm‐lactate)‐based hydrogels. J Biomed Mater Res A. 2011; 97 (3): 219–229. doi: 10.1002/jbm.a.33048. PMID: 21442723.

36. García‑Arrarás JE, Valentín‑Tirado G, Flores JE, Rosa RJ, Rivera‑Cruz A, San Miguel‑Ruiz JE et al. Cell dedifferentiation and epithelial to mesenchymal transitions during intestinal regeneration in H. glaberrima. BMC Dev Biol. 2011; 11 (1): 61. doi: 10.1186/1471-213X-11-61. PMID: 22004330; PMCID: PMC3207902.

37. Reing JE, Zhang L, Myers‑Irvin J, Cordero KE, Freytes DO, Heber‑Katz E et al. Degradation products of extracellular matrix affect cell migration and proliferation. Tissue Eng Part A. 2009; 15 (3): 605–614. doi: 10.1089/ten.tea.2007.0425. PMID: 18652541.

38. Khodosevich K, Monyer H. Signaling involved in neurite outgrowth of postnatally born subventricular zone neurons in vitro. BMC Neurosci. 2010; 11 (1): 18. doi: 10.1186/1471-2202-11-18. PMID: 20146799; PMCID: PMC2831042.

39. Rao M, Gershon MD. The bowel and beyond: the enteric nervous system in neurological disorders. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2016; 13 (9): 517–528. PMCID: PMC5005185.

40. Fehèr E. Ultrastructural study of nerve terminals in the submucous plexus and mucous membrane after extirpation of the myenteric plexus. Acta Anat (Basel). 1976; 94 (1): 78–88. PMID: 961341.

41. Da Silveira AB, Freitas MA, De Oliveira EC, Neto SG, Luquetti AO, Furness JB et al. Neuronal plasticity of the enteric nervous system is correlated with chagasic megacolon development. Parasitology. 2008; 135 (11): 1337–1342. doi: 10.1017/S0031182008004770. PMID: 18664306.

42. Musina LA, Shangina OR, Nigmatullin RT, Muslimov SA. Experimental muscle reinnervation by allogeneic biomaterial illustrates restoration of interlevel relations in human body. Saratov Medical Journal. 2020; 16 (2): 623–627.

43. Nich C, Takakubo Y, Pajarinen J, Ainola M, Salem A, Sillat T et al. Macrophages – key cells in the response to wear debris from joint replacements. J Biomed Mater Res A. 2013; 101 (10): 3033–3045. doi: 10.1002/jbm.a.34599. Epub 2013 Apr 9. PMID: 23568608; PMCID: PMC3775910.