Ιστομηχανική μέθοδος κατασκευής ωτικού ενθέματος από αυτόλογο χονδρικό ιστό

Abstract

Introduction: Total restoration of the exernal ear with autologous cartilage remains one of the most difficult challenges in the field of plastic and reconstructive surgery. Major issues for the auricular tissue engineering include the search for the appropriate cell culture, selection of the right polymers, chondrocyte culture, the study of the ear scaffolds in an immune-compatible animal model ("real test model"), as well as the long-term maintenance of the auricular framework. Currently, patients with auricular deformities have to undergo hyaline cartilage transplantation or have to use silicone prostheses in order to restore their external ear. Several methods of mechanical rat cartilage use tissue engineering techniques. However, no ideal method of cartilage tissue engineering has been reported to date.The purpose of this thesis is to use the 3D cellular printing for the construction of a tissue engineered ear scaffold and the evaluation of post-implantation results in a non-immunosuppressed animal model.Material and Methods: This study focused on a. in the construction of a three-dimensional cell culture in the form of an ear scaffold, of silk fiboin - alginic acid - hyaluronic acid and cytosine in combination with perichondrocyte and chondrocytic monolayer culture; b. to maintain this three-dimensional construction with synthetic materials and c. to study the short-term and long-term effects after implantation in eighteen adult non-immunosuppressed white New Zealand rabbits. In order to create the ear scaffold in shape and size to resemble a normal ear, a series of negative molds was constructed according to the data collected from a normal auricle. The animal guidelines for scientific purposes have been followed for the protection of the lab rabbits. All the explanted ear frameworks were sent for histological, immunohistochemical, visual analyzes and examination of their flexibility-elasticity properties.Results: All the ear scaffolds retained their original auricular shape and were implanted in the eighteen adult white New Zealand rabbits. Ear constructs were explanted to be analyzed after 1 to 36 months of implantation. This specific ear scaffold in combination with perichondrocyte and chondrocytic monolayer culture resulted in the successfulcreation of an ear construct with adequate mechanical strength and biocompatibility when compared to the human ear.The sizes of the explanted ear scaffolds did not show any significant size differences when compared with the preimplanted data. At the implantation procedure of the ear scaffolds their lengths ranged from 6.32 to 6.41 cm and their widths from 2.65 to 2.93 cm. At the explantation process of the ear scaffolds their length ranged from 5.24 to 5.70 cm and their width from 2.14 to 2.66 cm. When all explanted ear scaffolds were compared with the implanted scaffolds, it was found that there was a 12-19% length loss of the pre-implanted ear, while their width was shrunk by 10-23% relative to the original width.Conclusion: The construction of the ear scaffold in combination with perichondrocyte and chondrocytic monolayer cultures resulted in the successful construction of an ear scaffold with sufficient mechanical strength and size maintenance. The auricular tissue engineering offers the possibility of creating autologous cartilage in a precisely predetermined shape due to the developments in the three-dimensional printing, the use of biomaterials and the use of stem cells. The successful completion of a clinical study, in a non-immunosuppressed animal model ("real test model") such the one presented in this thesis, provides a promising perspective for the future clinical application of tissue engineering for the restoration of auricle defects in humans

Εισαγωγή: Η ολική αποκατάσταση του έξω ωτός με αυτόλογο χόνδρο παραμένει ένα εκ των δυσκολοτέρων προβλημάτων στον τομέα της πλαστικής και επανορθωτικής χειρουργικής Τα κρίσιμα θέματα για την ιστομηχανική του ωτός περιλαμβάνουν την αναζήτηση κατάλληλης κυτταρικής καλλιέργειας, την επιλογή των σωστών πολυμερών, την καλλιέργια των χονδροκυττάρων, τη μελέτη των ωτικών πλαισίων σε αποδεκτό ανοσοσυμβατό ζωϊκό μοντέλο («πραγματικό μοντέλο δοκιμής»), καθώς και τη μακρόχρονη διατήρηση του ωτικού πλαισίου. Επί του παρόντος, σε ασθενείς με δυσμορφία του πτερυγίου του ωτός χρησιμοποιούνται μοσχεύματα υάλινου χόνδρου ή επιλέγεται προσθετική με χρήση σιλικόνης για την αποκατάσταση του έξω ωτός. Αρκετές μέθοδοι μηχανικής ωτικού χόνδρου χρησιμοποιούν τεχνικές ιστομηχανικής. Παρά ταύτα, δεν έχει αναφερθεί κάποια ιδανική μέθοδος ιστομηχανικής του ωτικού χόνδρου μέχρι σήμερα.Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι η χρήση της τρισδιάστατης κυτταρικής εκτύπωσης για τη κατασκευή ενός ιστομηχανικού ωτικού μοσχεύματος και η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων μετά την εμφύτευση τους σε ανοσοσυμβατό ζωϊκό μοντέλο.Υλικό και μέθοδοι: H συγκεκριμένη μελέτη επικεντρώθηκε α. στην κατασκευή μιας τρισδιάστατης κυτταρικής καλλιέργειας σε σχήμα ωτικού ικριώματος, από ινοΐνη μεταξιού – άλας αλγινικού οξέος – υαλουρονικό οξύ και κυττοσύνη σε συνδυασμό με περιχονδροκυτταρική και χονδροκυτταρική μονοστρωματική καλλιέργεια, β. στη διατήρηση της τρισδιάστατης αυτής κατασκευής με συνθετικά υλικά και γ. στη μελέτη των βραχυχρονίων και μακροχρονίων αποτελεσμάτων, μετά την εμφυτευσή τους σε δεκαοκτώ ενήλικα μη ανοσοκατασταλμένα λευκά κουνέλια Νέας Ζηλανδίας. Προκειμένου να δημιουργηθεί το ωτικό ικρίωμα σε σχήμα και μέγεθος ώστε να προσομοιάζει με ένα φυσιολογικό ους, κατασκευάσθηκε μια σειρά από αρνητικά καλούπια σύμφωνα με τα στοιχεία που συλλέχθηκαν από ένα φυσιολογικό ους. Για όλα τα πειραματόζωα εφαρμόσθηκαν οι καθευθυντήριες οδηγίες για την προστασία των ζώων που χρησιμοποιούνται για επιστημονικούς σκοπούς. Σε όλα τα εξαχθέντα ωτικά πλαίσια έγιναν ιστολογικές, ανοσοϊστοχημικές, οπτικές αναλύσεις και εξέταση της ευελιξίας-ελαστικότητας των ωτικών κατασκευών.Αποτελέσματα: Όλες οι κατασκευές των ωτικών ικριωμάτων διατήρησαν σε μεγάλο βαθμό το αρχικό ωτικό σχήμα και εμφυτεύθηκαν σε δεκαοκτώ ενήλικα λευκά κουνέλια Νέας Ζηλανδίας. Οι ωτικές κατασκευές αφαιρέθηκαν για να μελετηθούν έπειτα από 1 εώς 36 μήνες από την εμφύτευση. Η συγκεκριμένη κατασκευή ωτικού ικριώματος σε συνδυασμό με περιχονδροκυτταρική και χονδροκυτταρική μονοστρωματική καλλιέργεια είχε ως αποτέλεσμα την επιτυχημένη δημιουργία ωτικής κατασκευής με επαρκή μηχανική αντοχή και βιοσυμβατότητα όταν συγκρίνεται με το ανθρώπινου ους.Τα μεγέθη των ωτικών κατασκευών δεν παρουσίασαν σημαντικές διαφορές κατά την εξαγωγή τους. Κατά τη διαδικασία εμφύτευσης των ωτικών πλαισίων τα μήκη εκυμαίνοντο από 6.32 έως 6.41 εκ. και τα πλάτη από 2.65 έως 2.93 εκ. Κατά τη διαδικασία εξαγωγής των ωτικών πλαισίων το μήκος εκυμαίνετο από 5.24 έως 5.70 εκ. και το πλάτος από 2.14 έως 2.66 εκ. Όταν όλες οι εξαχθείσες ωτικές κατασκευές συγκρίθηκαν με τα εμφυτευμένα ώτα, διαπιστώθηκε ότι υπήρχε συρρίκνωση κατά 12-19% σε σχέση με το μήκος του προ-εμφυτευμένου αυτιού, ενώ το πλάτος συρρικνώθηκε κατά 10-23% σε σχέση με το αρχικό πλάτος.Συμπέρασμα: Η κατασκευή του ωτικού ικριώματος σε συνδυασμό με περιχονδροκυτταρική και χονδροκυτταρική μονοστρωματική καλλιέργεια είχε ως αποτέλεσμα την επιτυχημένη κατασκευή ωτικού πτερυγίου με επαρκή μηχανική αντοχή και διατήρηση του μεγέθους. Η ιστομηχανική του ωτός προσφέρει τη δυνατότητα δημιουργίας αυτολόγου χόνδρου σε προκαθορισμένο με ακρίβεια σχήμα λόγω των εξελίξεων στην τρισδιάστατη εκτύπωση, τη χρήση νανοϊνών και τη χρήση βλαστοκυττάρων. Η επιτυχής πραγματοποίηση μιας κλινικής μελέτης, όπως η συγκεκριμένη που έγινε σε αποδεκτό ανοσοσυμβατό ζωϊκό μοντέλο («πραγματικό μοντέλο δοκιμής»), θα αποτελέσει μία ελπιδοφόρα προοπτική για τη μελλοντική κλινική εφαρμογή της ιστομηχανικής στην αποκατάσταση του ωτός σε ανθρώπους