Понимание клеточного поведения и микромолекулярной коммуникации в уротелиальных микротрансплантатах

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13589 (2023) Цитировать эту статью

284 доступа

Подробности о метриках

Аутологичная микротрансплантация – это метод, применяемый в настоящее время для заживления кожных ран, однако потенциальное использование его для хирургической коррекции других органов с эпителиальной выстилкой, включая мочевой пузырь, остается в значительной степени неизученным. В настоящее время мало что известно о потенциале расширения микротрансплантата и микромолекулярных событиях, которые происходят в микротрансплантатированных уротелиальных клетках. В этом исследовании мы стремились оценить пролиферативный потенциал свиных уротелиальных микротрансплантатов различных размеров in vitro и, кроме того, изучить, как уротелиальные микротрансплантаты взаимодействуют и какие микроклеточные события запускаются. Мы продемонстрировали, что повышенная фрагментация тканей впоследствии усиливает выход пролиферативных клеток и потенциал клеточной экспансии, что подтверждает, что принципы микротрансплантации эпителия кожи также применимы к уроэпителию. Кроме того, мы нацелились на экспрессию пути киназы, регулируемой внеклеточным сигналом (ERK), и продемонстрировали, что активация ERK происходит преимущественно на границах микротрансплантата и что ингибирование ERK приводит к снижению миграции и пролиферации уротелия. Наконец, мы успешно выделили внеклеточные везикулы из культуральной среды микрографта и оценили их содержание и значимость в различных биологических процессах. Наши результаты подтверждают потенциал применения уротелиальной микротрансплантации в будущих тканеинженерных моделях реконструктивной урологической хирургии и, кроме того, подчеркивают определенные механизмы как потенциальные цели для будущих методов лечения ран.

Врожденные пороки развития мочеполовых органов часто требуют реконструктивных хирургических вмешательств в раннем возрасте, однако эти процедуры часто затрудняются отсутствием здоровой ткани-трансплантата, необходимой для восстановления функциональной анатомии. Традиционные хирургические стратегии включают использование лоскутов или трансплантатов из нативных тканей, полученных из других систем органов, в основном желудочно-кишечного тракта, хотя часто за счет побочных эффектов, таких как стриктуры, инфекции и даже злокачественная трансформация1,2,3,4,5 . В последние десятилетия были внедрены различные тканеинженерные трансплантаты с целью оптимизации результатов хирургического и послеоперационного лечения6,7. Один из важных факторов, связанных с успешной имплантацией, связан с использованием насыщенных клетками матриц, поскольку ранее бесклеточные трансплантаты оказывались более склонными к образованию стриктур и рубцовой ткани8,9,10,11.

При аутологичной микротрансплантации используется здоровая нативная ткань, которую собирают и повторно трансплантируют после механической фрагментации. В качестве первого доказательства принципа микротрансплантации пластический хирург доктор К. Паркер Мик сообщил о ее использовании для лечения тяжелых ожогов кожи у 14-летней девочки в 1958 году. Пациентке была успешно трансплантирована механически измельченная нативная частичная трансплантация. Толщина фрагментов кожи (т.е. микротрансплантатов) равномерно распределена по ее ранам. Мик предположил, что расширение ткани трансплантата может быть усилено за счет увеличения площади поверхности трансплантата (т.е. краев раны микротрансплантата), от которой кератиноциты будут расширяться в латеральном направлении12. Таким образом, перпендикулярное разделение квадратного кожного трансплантата на четыре более мелких фрагмента потенциально может увеличить площадь поверхности на 100%, и, соответственно, эту увеличенную площадь поверхности роста можно описать универсальной формулой (рис. 1).

Потенциал расширения микротрансплантата. Схематическая иллюстрация фундаментальных принципов микротрансплантации согласно теории Мика и числовой зависимости между фрагментацией ткани и потенциалом расширения.

Таким образом, небольшое количество ткани трансплантата может быть использовано для покрытия большей площади раны, что делает его предпочтительным вариантом в области детской реконструктивной хирургии, где количество ткани трансплантата может быть особенно скудным. В этом случае термин «коэффициент расширения» относится к пропорциональному увеличению исходного размера здоровой ткани трансплантата до конечной площади пересаженной раны. Мик предположил, что оптимальный коэффициент расширения микротрансплантата кожи составляет 1:9 (например, возможно расширение здоровой ткани трансплантата до раны в 9 раз больше размера исходного трансплантата), хотя эта гипотеза никогда не была твердо подтверждена13. Напротив, следующий термин «коэффициент фрагментации» относится к количеству разделенных фрагментов образца ткани (например, коэффициент фрагментации 1:4 описывает разделение одного куска на четыре более мелких фрагмента). В течение многих лет от метода микротрансплантации в клинической практике отказались в пользу метода сеточки кожного трансплантата, впервые описанного Tanner et.al. в 1964 г. 14. Однако, поскольку техника сетчатой ​​пластики обеспечивает коэффициент расширения только приблизительно 1:5, техника микротрансплантации недавно получила широкую переоценку15,16,17,18,19,20. В то время как аутологичная микротрансплантация в основном изучалась и применялась при лечении кожных ран, ее клиническое применение для других органов, покрытых эпителием, остается в значительной степени неизученным. Более того, хотя степень расширения микротрансплантатов эпителиальной ткани интуитивно имеет естественные верхние пределы, эта взаимосвязь не была полностью изучена и не описана для уроэпителия.