Les implants issus de l’ingénierie tissulaire pour la chirurgie reconstructive dépassent rarement les essais précliniques en raison de la culture ex vivo laborieuse, qui comprend des composants d’échafaudage complexes et coûteux. Ici, nous présentons une procédure en une seule étape conçue pour la dérivation urinaire avec un échafaudage tubulaire accessible à base de collagène contenant des microgreffes autologues.
Les chirurgies reconstructives sont souvent mises à l’épreuve par un manque de tissu de greffe. Dans le traitement des malformations urogénitales, la solution conventionnelle a été de prélever du tissu gastro-intestinal pour une reconstruction non orthotopique en raison de son abondance à rétablir une fonction normale chez le patient. Les résultats cliniques après réorganisation des tissus natifs dans le corps sont souvent associés à une morbidité significative ; Ainsi, l’ingénierie tissulaire présente un potentiel spécifique dans ce domaine de la chirurgie. Malgré des progrès substantiels, les échafaudages issus de l’ingénierie tissulaire n’ont pas encore été établis comme une alternative de traitement chirurgical valable, principalement en raison des exigences coûteuses et complexes en matière de matériaux, de production et d’implantation. Dans ce protocole, nous présentons un échafaudage tubulaire simple et accessible à base de collagène intégré avec des particules de tissus autologues spécifiques à un organe, conçu comme un conduit pour la dérivation urinaire. L’échafaudage est construit lors de l’intervention chirurgicale primaire, comprend des matériaux chirurgicaux couramment disponibles et nécessite des compétences chirurgicales conventionnelles. Deuxièmement, le protocole décrit un modèle animal conçu pour évaluer les résultats in vivo à court terme après l’implantation, avec la possibilité de variations supplémentaires de la procédure. Cette publication vise à démontrer la procédure étape par étape, avec une attention particulière à l’utilisation de tissu autologue et d’une forme tubulaire.
Dans les malformations urogénitales, une chirurgie reconstructive peut être nécessaire pour restaurer l’anatomie fonctionnelle, souvent sur une indication vitale 1,2. Les approches chirurgicales conventionnelles ont utilisé des tissus natifs d’autres systèmes d’organes (tels que le tractus gastro-intestinal) pour reconstruire les organes malformés ou manquants ; Cependant, souvent avec le risque de complications postopératoires graves 3,4. Dans le cas d’une dérivation urinaire chez les patients atteints d’un dysfonctionnement neurogène de la vessie nécessitant un cathétérisme à long terme, l’appendice ou des segments de l’intestin grêle redimensionnés sont souvent utilisés pour construire un conduit urinaire 5,6. L’ingénierie tissulaire offre une alternative de greffe de tissu qui peut être adaptée pour répondre aux caractéristiques spécifiques d’un organe, minimisant ainsi la morbidité postopératoire pour les patients 7,8. Alors que des échafaudages de différents types peuvent être implantés seuls, il a été démontré que la cellularisation d’échafaudage supplémentaire, de préférence avec des cellules autologues, améliore les résultats régénératifs après l’implantation 9,10,11,12,13,14. Néanmoins, les échafaudages issus de l’ingénierie tissulaire sont souvent composés de composants complexes et coûteux, et deuxièmement, les exigences pour la culture cellulaire ex vivo et l’ensemencement d’échafaudages sont laborieuses et gourmandes en ressources. Ces facteurs ont entravé la traduction clinique des échafaudages issus de l’ingénierie tissulaire malgré plusieurs décennies de recherche dans ce domaine. En réduisant la complexité ainsi que les exigences monétaires et matérielles, les échafaudages issus de l’ingénierie tissulaire pourraient être mis en œuvre dans la chirurgie moderne à grande échelle, en s’attaquant à la fois aux procédures rares et plus courantes.
Le collagène a déjà été établi comme une plate-forme viable pour l’expansion cellulaire et, en outre, agit comme un bio-adhésif favorable lors de la fixation de cellules ou de tissus sur un échafaudage pour l’implantation chirurgicale 15,16,17. La microgreffe autologue périopératoire contourne la nécessité d’une culture cellulaire ex vivo en prélevant le tissu d’intérêt lors de la procédure primaire et en le réimplantant directement. En hachant le tissu réséqué en particules plus petites, la surface et le potentiel de croissance sont augmentés, ce qui permet un taux de dilatation plus important sur l’échafaudage18. L’échafaudage à base de collagène n’adhère pas spécifiquement aux reconstructions urogénitales, mais peut théoriquement s’appliquer à plusieurs zones de reconstruction d’organes creux.
Dans ce manuscrit, nous présentons à la fois un protocole pour la construction d’un échafaudage tubulaire, combinant du collagène avec des microgreffes urothéliales autologues intégrées, et un modèle mini-porc évaluant la faisabilité technique et la sécurité, ainsi que les performances régénératives, de l’échafaudage in vivo. Le modèle a été évalué chez 10 miniporcs femelles adultes à l’aide du protocole et de la méthode présentés ici. Le principal avantage de l’échafaudage est la simplicité de la construction et l’implantation en une seule étape, épargnant au patient plusieurs interventions chirurgicales ultérieures. La procédure peut être effectuée dans des contextes chirurgicaux conventionnels par du personnel chirurgical régulier et nécessite un équipement et des matériaux standard. Le modèle animal permet un environnement contrôlé pour l’étude de l’implantation pendant que l’animal retrouve facilement un comportement normal, avec la possibilité supplémentaire de mettre en œuvre des variations de l’échafaudage et de la procédure.
Ce protocole présente une technique simple et accessible pour les futures chirurgies reconstructives. Un inconvénient courant de l’ingénierie tissulaire, y compris l’expansion cellulaire autologues, est les étapes préliminaires coûteuses et substantielles requises avant l’implantation chirurgicale. La microgreffe autologue peut simplifier bon nombre de ces étapes et potentiellement permettre des procédures en une seule étape. En auto-transplantant des entités histologiques complexes, la signalisation paracrine pro-régénérative est induite18. Dans des études précédentes, nous avons constaté que les microgreffes seules sont vulnérables aux environnements physiques à moins d’être convenablement attachées à un échafaudage15,19. Le collagène a été étudié comme un environnement viable pour l’expansion tissulaire in vitro et a été choisi pour notre objectif en raison de sa biocompatibilité favorable et de sa disponibilité commerciale. L’échafaudage composite présenté ici a déjà été optimisé lors d’expériences in vitro évaluant les variations d’enrobage des microgreffes et les concentrations de collagène 20,21,22. Avant les tests in vivo, les propriétés de l’échafaudage concernant la perméabilité, la biomécanique et la dégradation ont été évaluées in vitro20. De plus, l’expansion tissulaire basée sur un échafaudage in vivo a déjà été validée dans des modèles de rongeurs et de lapins21,22.
Le modèle chirurgical a été choisi pour évaluer une version tubulaire de l’échafaudage, imitant le cadre clinique d’une dérivation urinaire pour un dysfonctionnement neurogène de la vessie chez des patients pédiatriques ou adolescents. Les étapes critiques comprennent la dissection exacte des microgreffes de muqueuse et le maintien d’un environnement humide depuis le moment de la résection jusqu’à l’enrobage de l’échafaudage. Une autre étape critique comprend une solidification appropriée de l’hydrogel ; Un pipetage minutieux du collagène garantit qu’il n’y a pas de bulles d’air dans le gel, et des réglages de température et des solutions de composants corrects garantissent que le gel se solidifie correctement. L’échec de l’obtention d’un gel solidifié augmentera le risque de délamination du collagène et de détachement de la microgreffe. Pour la partie chirurgicale, une manipulation soigneuse lors de l’implantation est cruciale pour éviter d’endommager les microgreffes en raison d’un traumatisme mécanique ou d’une dissociation. Avant de fermer l’abdomen, la perméabilité des fluides doit être soigneusement traitée en insufflant des liquides dans la vessie.
Les limites de la technique incluent l’épaisseur de l’échafaudage, qui a intuitivement des limites supérieures en ce qui concerne la diffusion des nutriments de l’environnement extérieur vers les microgreffes. D’autre part, une réduction de l’épaisseur de l’échafaudage peut entraîner une perméabilité inappropriée et des fuites d’urine. Notre composition actuelle est basée sur des évaluations in vitro précédentes, où la régénération cellulaire à différentes concentrations de collagène a été comparée20. La microgreffe de tissus autologues repose également sur du tissu greffé sain, ce qui rend la procédure actuelle inadaptée aux maladies malignes où le risque de retransplantation cancéreuse ne peut être correctement exclu23 ; Néanmoins, la technique actuelle a été conçue pour les cas d’incapacités de miction fonctionnelle où cela n’est pas considéré comme un risque. Bien que le modèle imite plusieurs étapes du cadre clinique (c’est-à-dire la procédure d’appendicœsicotomie), cette expérience n’utilise pas une stomie entièrement fonctionnelle pour la dérivation urinaire puisque le conduit est ligaturé distalement. De plus, comme les complications cliniques peuvent survenir tout au long de la vie, une période d’observation de 6 semaines peut fournir des connaissances limitées sur des résultats spécifiques sur les sténoses et la continence. Par conséquent, un suivi supplémentaire de 6 mois pourrait être ajouté à l’étude après l’anastomosation du conduit cicatrisé au niveau de la peau.
La perspective de cette technique est liée à la conception simple, permettant des applications universelles dans le cas où le biomatériau d’origine tissulaire et de soutien de la microgreffe est remplacé par d’autres alternatives pertinentes. Ces composants peuvent être modifiés pour s’adapter à des objectifs spécifiques à l’organe liés à la résistance de l’échafaudage, à l’élasticité et à la biodégradation. Enfin, les dépenses accessibles et peu coûteuses permettent une reproductibilité et une traduction élargie de la technique.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs tiennent à remercier le personnel du Département de médecine expérimentale (AEM) de l’Université de Copenhague pour son aide à la planification et à la réalisation de chirurgies et d’élevages d’animaux, ainsi qu’à ELLA-CS, s.r.o, Hradec Kralove, République tchèque, pour avoir fourni des endoprothèses biodégradables personnalisées utilisées dans l’étude. Le soutien financier a été fourni par la Société suédoise de recherche médicale, la Fondation Promobilia, la Fondation Rydbeck, la Fondation Samariten, la Fondation pour les soins de santé pédiatriques, la Fondation Frimurare Barnhuset à Stockholm et la Fondation Novo Nordisk (NNFSA170030576).
10x MEM | Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham, US | 2517592 | Collagen preparation |
1x MEM | Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham, US | 2508924 | Collagen preparation |
Ambu aScope 4 Cysto | Ambu A/S, Ballerup, DK | 1000682507 | Cystoscope |
Aquaflush ACE stopper | Abena, Taastrup, DK | ACE12/220501 | ACE stopper |
Borgal vet inj opl 200 + 40 mg/mL | Ceva Animal Health A/S | 510460 | Sulfonamide/Trimethoprim |
Bupaq multidose vet 0.3 mg/mL | Salfarm Danmark A/S, DK | 502763 | Buprenorphin |
Butomidor vet inj 10 mg/mL | Salfarm Danmark A/S, DK | 531943 | Buthorphanol |
Comfortan vet inj 10 mg/mL | Dechra Veterinary Products A/S, DK | 492312 | Metadone |
Ethilon suture 3-0 | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | SGBCXV | Monofilament non-resorbable |
Fentanyl inj 50 µg/mL(hamel) | Hameln Pharma ApS, DK | 432520 | Fentanyl |
Ketador vet inj 100 mg/mL | Salfarm Danmark A/S, DK | 115727 | Ketamine |
Metacam inj 20 mg/mL t.cattle/pig/horse | Boehringer Ingelheim Animal, DE | 6443 | Meloxcicam |
Metacam oral suspension 15 mg/mL pigs | Boehringer Ingelheim Animal, DE | 482780 | Meloxcicam |
Omnipaque | GF Healthcare, Oslo, NO | 16173849 | Contrast for CT |
Pancytokeratin CK-AE | DAKO Agilent, US | GA053 | Clone AE1/AE3 |
PDS suture 3-0 | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | SEMMTQ | Monofilament slow-resorbable |
Prolene suture 4-0 | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | PGH187 | Monofilament non-resorbable |
Propolipid t.inj/inf 10 mg/mL | Fresenius Kabi, DK | 21636 | Propofol |
Rat-tail collagen type I | First Link Ltd, Wolverhampton, UK | 60-30-810 | 2.06 mg/mL protein in 0.6% acetic acid |
Suprim vet 20 + 100 mg (Solution for use in drinking water) | Dechra Veterinary Products A/S, DK | 33661 | Sulfonamide/Trimethoprim |
SX-ELLA Degradable Biliary DV stent | ELLA-CS, Trebes, CZ | S23000056-01 | ø 6 mm x 60 mm |
Vicryl mesh | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | VM1208 | Mesh |
Vicryl suture 4-0 | Ethicon, Johnson & Johnson, New Brunswick, US | SMBDGDR0 | Braided fast-resorbable |
Xysol vet inj 20 mg/mL | ScanVet Animal Health A/S, DK | 54899 | Xylazine |
Zoletil 50 vet plv/sol t.inj 25 + 25 mg/mL | Virbac Danmark A/S, DK | 568527 | Tiletamine and Zolazepam |
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