Первичные опухоли трахеи или перитрахеальные опухоли (рак легкого, рак пищевода и т.д.), инвазирующие трахею и вызывающие обструкцию дыхательных путей, считались последним средством в торакальной хирургии, главным образом потому, что хорошей клинической альтернативы трахее не существует. Вы можете удивиться, узнав, что современные технологии успешно производят заменители крупных кровеносных сосудов, костей и суставов и даже сердечных клапанов, и что маленькая трахея — это всего лишь вентиляционная трубка, которая должна быть простой в использовании. Правда в том, что экспериментальные и клинические исследования в области хирургии трахеи начались еще в 19 веке, но до сих пор не существует общепризнанной и надежной замены трахеи, а медленная реэпителизация и реваскуляризация — это техническая проблема, которую необходимо решать. Поскольку просвет трахеи связан с внешним миром и является бактериальной средой, заменители трахеи с хорошей биосовместимостью станут питательной средой для роста бактерий, одновременно способствуя росту нормальной трахеальной ткани в процессе регенерации. Бактериальный рост может, с одной стороны, стимулировать рост грануляционной ткани, блокирующей просвет трахеи, а с другой — проникать дальше в легочную ткань, вызывая рецидивирующую и смертельную пневмонию. Неповрежденная эпителиальная ткань предотвращает вторжение бактерий, контролирует разрастание грануляционной ткани и способствует дренажу мокроты, предотвращая обструкцию дыхательных путей и снижая заболеваемость пневмонией. Предыдущие исследования показали, что быстрая реваскуляризация является необходимым условием для быстрой реэпителизации заменителей трахеи, и что нормальная ткань трахеи зависит от богатой капиллярной сети подслизистого слоя для обеспечения обновления метаболически активных эпителиальных клеток для поддержания целостности эпителия. Анатомически кровоснабжение трахеи уникально тем, что здесь нет толстых питательных артерий и вен, а вместо них используются крошечные ветви от верхней и нижней щитовидных артерий и аорты, образующие цепочку тканевых сегментов латеральнее крикотиреоидного соединения трахеи, которые затем входят в трахею в виде подслизистого слоя, образуя тонкую капиллярную сеть. Латеральная цепочка тканей легко нарушается во время операции по замене трахеи, и кровоснабжение трахеи восстанавливается за счет роста капиллярной сети из нормальной ткани трахеи вдоль двух анастомотических соединений, что, как было показано, происходит очень медленно и имеет ограниченную длину (обычно не более 1 см). В исследованиях на животных даже при удалении небольшого участка трахеи и немедленном повторном анастомозировании теоретически наилучшая замена трахеи имеет ишемический некроз средней части, если ее длина превышает 2 см. По этим причинам клиническая хирургия трахеи по-прежнему основывается на частичной резекции пораженной трахеи и анастомозе трахеи «конец в конец». Объем резекции не должен превышать 6 см у взрослых и одной трети общей длины трахеи у детей. Белси, стоявший у истоков хирургии трахеи, заявил, что «решение проблемы замены трахеи означало конец эпохи пионеров в хирургии», успешно преодолев, казалось бы, непримиримое биологическое противоречие и значительно облегчив разработку аналогичных открытых заменителей для пищевода и уретры. Концепция тканевой инженерии привела к появлению новых идей для разработки альтернатив трахеи. Основной подход заключается в инокуляции биоразлагаемого материала строительного каркаса аутологичными клетками реципиента, которые затем культивируются in vitro в трех измерениях для создания активной тканевой замены органа. Как мультидисциплинарная, высокотехнологичная технология, объединяющая материаловедение, молекулярную биологию, цитологию и инженерию, исследования в области тканевой инженерии в последние годы набирают обороты и представляют собой направление развития медицины практически во всех хирургических областях. Клиническое применение «тканеинженерной трахеи», о котором сообщил доктор Маккиарини в Барселоне, Испания, в 2008 году, вызвало большой ажиотаж. Команда использовала аллогенную децеллюляризированную матрицу трахеи в качестве строительного материала, инокулированного собственными реснитчатыми столбчатыми эпителиальными клетками и хондроцитами пациента, культивированного в биореакторе in vitro и успешно имплантированного в заменяемый левый общий бронх пациента длиной 4 см. Этот эксперимент подтвердил осуществимость тканеинженерной трахеи и продемонстрировал, что децеллюляризированный матрикс трахеи является лучшим материалом для тканеинженерных трахеальных лесов с точки зрения биосовместимости, прочности и гибкости. Однако, поскольку команда не смогла предоставить доказательства роли инокулированных in vitro клеток в регенерации трахеи, спорным является вопрос о том, была ли эта процедура настоящей тканеинженерной заменой трахеи или просто децеллюляризированным трахеальным трансплантатом, и если это так, то можно предположить, что она столкнется с теми же проблемами, что и другие альтернативы для широкомасштабного клинического использования. На самом деле, медленная реваскуляризация также является технической трудностью, которая препятствует широкомасштабному клиническому применению тканеинженерных органов. Традиционные методы тканевой инженерии делятся на два отдельных этапа: культивирование in vitro трехмерного материала клеточного эшафота и регенерация in vivo тканеинженерного заменителя с нормальной совместимостью тканей после имплантации. Поскольку современная технология не позволяет создать структуру капиллярной сети нормальной ткани внутри тканеинженерного органа, весь заменитель погружается в культуральную жидкость в процессе культивирования in vitro, при этом инокулированные семенные клетки полагаются на проникновение питательных веществ в культуральную жидкость для получения питательных веществ. При имплантации in vivo, поскольку нет сосудистой системы, которая может быть напрямую подшита к кровеносной системе реципиента, тканеинженерные заменители полагаются на медленный процесс реканализации из окружающей нормальной ткани для окончательной питательной поддержки, что непосредственно приводит к массовому некрозу семенных клеток в трехмерной структуре заменителей, поскольку они сталкиваются с периодом ишемии, отравляя местную регенеративную микросреду. Медленная реканализация делает концепцию тканеинженерных активных тканевых заменителей труднореализуемой в клинической практике, что заставляет научное сообщество ставить под сомнение основополагающие принципы и методы. Некоторые исследовательские группы предложили концепцию тканевой инженерии in situ в попытке стимулировать пролиферацию и дифференцировку стволовых клеток in situ и добиться реконструкции тканей, полагаясь на самоиндуцированные эффекты материалов строительных лесов, что рассматривается как крайний компромисс. Регенерация тканей требует относительно закрытой микросреды и достаточного количества активных затравочных клеток, и существуют ограничения для регенерации in situ, которые не полагаются на затравочные клетки. Основной принцип проектирования заключается в использовании портативной насосной системы для создания непрерывной инфузии питательных веществ внутрь имплантированного тканеинженерного заменителя, таким образом, объединяя абсолютно раздельные процессы культивирования клеточного эшафота in vitro и приживления заменителя in vivo в традиционных методах тканевой инженерии. Это органичное сочетание абсолютно раздельной культуры материала in vitro клетки-скаффолда и процесса замещения in vivo традиционной технологии тканевой инженерии. В предварительных экспериментах были продемонстрированы три основных преимущества данной конструкции. Во-первых, в обычном биореакторе комплекс клеточно-лесочного материала погружается в питательный раствор, а посевные клетки в центральной секции поддерживаются за счет инфильтрации питательных веществ. В отличие от этого, в концепции дизайна биореактора «in vivo» питательный раствор имитирует кровоток внутри заменителя, а ламинарное и осмотическое давление, создаваемое движением, увеличивает толщину ткани, которую можно поддерживать, со 100 микрон при статической культуре в обычном биореакторе до 300 микрон. Во-вторых, семенные клетки могут быть добавлены в перфузионный раствор в тех случаях, когда возможна непрерывная инокуляция клеток. При острых хирургических вмешательствах можно сначала имплантировать материал строительного каркаса, в то время как соответствующая ткань берется для выделения и расширения посевных клеток in vitro, а затем периодически инокулируется в тканеинженерный заменитель через «биореактор in vivo», что позволяет избежать длительного ожидания для пациента и обеспечивает временную функциональную замену на одном этапе с постепенным улучшением. Третьим преимуществом является возможность добавлять различные факторы роста в перфузионный раствор, контролировать локальную экспрессию цитокинов путем регулирования концентрации факторов роста в перфузионном растворе и обеспечивать точное пропорциональное сочетание нескольких цитокинов. В этой конструкции мы рассматриваем самого пациента как биореактор для процесса регенерации его тканеинженерных тканей и органов, максимизируя использование и, таким образом, улучшая местную регенеративную микросреду. В целях регулирования клинического применения технологии тканевой инженерии в Китае в июне 2009 года Министерство здравоохранения выпустило «Уведомление Главного управления Министерства здравоохранения о публикации первого каталога медицинских технологий III класса, разрешенных для клинического применения» (Health Office of Medical Affairs [2009] № 84), в котором терапия трансплантации тканеинженерных тканей была отнесена к медицинским технологиям III класса, подлежащим регулированию. Регулирование. Конкретные требования в целом делятся на две основные части: семенные клетки и материалы для стентов. Для семенных клеток необходимо создать лабораторию клеточной терапии клинического уровня. Что касается материалов для стентов, то наши аллогенные и ксеногенные (свиные) продукты децеллюляризационного матрикса трахеи уже сформировались и прошли доклинические испытания в Государственном управлении по контролю за лекарствами.