Новые васкуляризированные трансплантаты могут улучшить операции на мочевом пузыре у детей

Могут ли растущие кровеносные сосуды внутри созданного в лаборатории трансплантата улучшить реконструкцию мочевого пузыря у детей? На протяжении более двух десятилетий детский хирург-уролог из Калифорнийского университета в Дэвисе Эрик Курцрок разрабатывает и тестирует трансплантаты, позволяющие избежать осложнений после стандартной энтероцистопластики, операции по увеличению мочевого пузыря.

Теперь грант в размере 4 миллионов долларов от Национальных институтов здравоохранения (NIH) поможет его исследовательской группе из Калифорнийского университета в Дэвисе протестировать биоинженерный трансплантат, наполненный лигандами (молекулами), для лечения нейропатического мочевого пузыря у детей с расщелина позвоночника или травмы спинного мозга.

Невропатический, также называемый нейрогенным, мочевой пузырь возникает из-за дисфункциональной передачи нервных импульсов между нервной системой и мочевым пузырем. Это состояние приводит к проблемам с контролем мочевого пузыря и заболеванию почек.

"Мочевой пузырь настолько уникален, потому что он свободно плавает без поддерживающей матрицы клеток вокруг него. Исторически его регенерация и увеличение были трудными", - объяснил Курцрок. Курцрок — заведующий отделением детской урологической хирургии и профессор урологии и педиатрии в детской больнице Калифорнийского университета в Дэвисе. Он также является заместителем заведующего отделением урологической хирургии. «У пациентов с расщелиной позвоночника или травмой спинного мозга может развиться нейрогенный мочевой пузырь, что приводит к проблемам с мочеиспусканием и функцией почек. Для увеличения мочевого пузыря им может потребоваться увеличение мочевого пузыря».

Грант объединит клинические и биоинженерные знания для разработки и тестирования инновационной техники создания васкуляризированных трансплантатов.

Операции по увеличению мочевого пузыря

При энтероцистопластике хирург использует части кишечника или желудка в качестве трансплантата для увеличения мочевого пузыря. Операция требует обширной операции на брюшной полости и может иметь множество краткосрочных и долгосрочных осложнений.

Курцрок обнаружил, что идеальной заменой традиционному трансплантату мочевого пузыря является биоинженерная ткань. Он разработал инновационный метод для решения распространенной проблемы трансплантированных имплантатов: проблемы сокращения тканей, вызванной недостаточным кровоснабжением. Он разработал новую процедуру создания тканей трансплантата с функционирующими кровеносными сосудами — необходимое условие выживания трансплантата.

В 2022 году Курцрок опубликовал исследование васкуляризированных трансплантатов для увеличения мочевого пузыря у мышей и свиней. Его исследование показало, что сосуды мочевого пузыря соединяются (инокулируются) с сосудами трансплантата в течение нескольких дней после трансплантации. Эти соединения облегчают приток крови ко всему трансплантату.

Укрепленный каркас для развития новых кровеносных сосудов

Kurzrock сотрудничает с биоинженером Калифорнийского университета в Дэвисе Айджуном Вангом, экспертом в разработке и тестировании поддерживающих структур, называемых каркасами. Ван разработал каркас из искусственного биоматериала, модифицированного лигандом (специальной молекулой, известной как LXW7), который специфически взаимодействует с эндотелиальными клетками, способствующими васкуляризации. Лиганд, разработанный в Калифорнийском университете в Дэвисе, помогает клеткам прикрепляться, мигрировать и выживать, что способствует образованию новых кровеносных сосудов и снижает осложнения при трансплантации.

"Когда эти молекулы добавляются к каркасу, они обеспечивают место захвата для связывания эндотелиальных клеток. Это позволяет улучшить взаимодействие между клетками и поддерживающей их структурой, известной как внеклеточный матрикс", - объяснил Ван, профессор хирургии и биомедицинской инженерии. Он также является заместителем председателя по трансляционным исследованиям, инновациям и предпринимательству на кафедре хирургии и директором Центра биоинженерии в медицине Калифорнийского университета в Дэвисе.

Как работает трансплантат?

Инженерный трансплантат представляет собой ткань свиньи, обработанную для удаления клеток и сохранения белковой структуры матрикса. Этот бесклеточный каркас предотвращает естественное отторжение хозяина и иммунный ответ на новых участников.

Трафтаты модифицируются с помощью лиганда, а затем имплантируются в ложе прямой мышцы. Эта имплантация обеспечивает оптимальную зрелость трансплантата и здоровые функциональные сосуды перед трансплантацией мочевого пузыря. Новые соединения обеспечивают каналы для тока крови через трансплантат в течение нескольких дней после трансплантации и предотвращают его сокращение.

Ложе прямой мышцы служит инкубатором для трансплантата до тех пор, пока он не будет васкуляризирован и готов к трансплантации в мочевой пузырь. Фактически, мы можем технически вырастить трансплантат в этом пространстве несколько раз в течение многих лет».

Эрик Курцрок, детский урологический хирург Калифорнийского университета в Дэвисе 

«Это блестящая идея — интегрировать собственный лечебный потенциал организма», — сказал Ван. — «Добавление новых биоинженерных технологий, таких как технология лигандов, поможет в микрососудистой регенерации всего матрикса мочевого пузыря и близлежащих мышечных клеток».

Команда проведет испытания. новый трансплантат на модели свиньи, прежде чем распространить это исследование на клинические испытания на людях.