Известно, что при некоторых заболеваниях мочевыводящих путей возникает необходимость удаления органа (мочеточника, мочевого пузыря, уретры) или его резекции, что ставит задачу замещения удаленной ткани другими материалами [1–3].

Наиболее распространенным методом тотального замещения мочевого пузыря или расширяющей цистопластики является использование различных отделов желудочно-кишечного тракта на сосудистой ножке – сегмента подвздошной кишки, илеоцекального участка кишечника, сегмента восходящей, сигмовидной или прямой кишки, сегмента большой кривизны желудка [4–6]. Однако наряду с высокой травматичностью таких операций и высоким риском развития хирургических осложнений (несостоятельность анастомозов, стриктура мочеточнико-пузырного анастомоза, спаечная непроходимость, инфекционные осложнения и др.) существует нерешенная проблема развития метаболических нарушений, связанных с различиями функций слизистой оболочки пересаженного сегмента кишки или желудка (секреция и абсорбция) и слизистой оболочки мочевого пузыря (барьер от агрессивного действия мочи) – гипо- и гиперхлоремический ацидоз, В12-дефицитное состояние, нарушение обмена кальция с вторичным камнеобразованием в мочевых путях и другие [7–10]. В связи с этим вопрос об оптимальном варианте цистопластики по-прежнему открыт.

Основным материалом, используемым при протезировании уретры, остаются собственные ткани организма – местные с сохранением кровоснабжения (препуциальный лоскут на ножке, кожа полового члена или мошонки) или отдаленно забранные (свободно пересаженный буккальный лоскут, лучевой кожно-фасциальный лоскут) [11–18]. Тем не менее во многих случаях собственной ткани бывает недостаточно, особенно для уретропластики при протяженных стриктурах. Результаты замещения сегмента уретры в форме циркулярного лоскута при пластике местными тканями значительно уступают таковым лечения больных, для которых возможна уретропластика по типу «заплаты» [19–21].

Все это делает актуальным поиск новых материалов, которые могли бы заменить удаленный орган мочевой си-стемы или его часть. Благодаря развитию медицинских технологий наиболее перспективным методом в пластической и реконструктивной хирургии за последние годы является тканевая инженерия. Современные технологии открывают новые возможности создания заменителя тканей и органов из биологического материала, обладающего высокой биосовместимостью, не вызывающего ответной воспалительной и иммунной реакции организма и являющегося своеобразным каркасом, матрицей, для «обживания» собственными клетками организма. При этом современные возможности тканевой инженерии позволяют «заселять» эти матрицы собственными (аутологичными) клетками, специфичными для каждого органа, или мультипотентными стволовыми клетками, способными трансформироваться в них [22].

Развитие этого направления связано с исследованием биоматриц из коллагена, бесклеточных матриц из подслизистой мочевого пузыря, тонкой кишки и др. либо синтетических матриц, например из полигликолевой кислоты (PGA). В большинстве опубликованных сообщений по данной тематике описан опыт применения на небольшом количестве животных или в единичных клинических наблюдениях. При этом большинство экспериментальных исследований проводятся на здоровых животных с неизмененными тканями, тогда как в условиях моделирования патологических ситуаций эффективность реконструкций органов с использованием биоматриц может существенно ухудшаться [23, 24].

Анализу современных исследований в области использования различных биоматриц для пластики органов мочевой системы посвящен данный обзор литературы.

Использование бесклеточных биоматриц

Бесклеточные матрицы представляют собой специальным образом обработанные ткани человека или животных, лишенные клеток, или синтетические мембраны, способные подвергаться биодеградации [25–27]. К основным критериям отбора для обеспечения максимальной функциональности имеющихся заместительных материалов, которые могут быть использованы в качестве подложек в реконструктивной урологии, относятся хорошая гистосовместимость, достаточная фенестрация, отсутствие фиброза подлежащих тканей, прочность, достаточная для проведения хирургических операций и др. В этом отношении довольно интересен и перспективен природный коллаген гидробионтов и наземных животных, сочетающий только положительные качества синтетических полимеров и тканевых трансплантатов. При этом основными достоинствами современных препаратов коллагена и полученных на его основе коллагеновых материалов для медицины служат отсутствие токсических и канцерогенных свойств, слабая антигенность, высокая механическая прочность и устойчивость к тканевым ферментам, регулируемая скорость лизиса в организме, способность образовывать комплексы с биологически активными веществами, стимуляция регенерации собственных тканей организма [28].

Применительно к синтетическим матрицам весьма актуальны вопросы биосовместимости и толерантности к окружающей среде и клеточному окружению. Из синтетических материалов наиболее изучены матриксы на основе PGA. Коллагеновые или синтетические мембраны из PGA использовались в разных модификациях для реконструкции уретры и мочевого пузыря у собак и кроликов с хорошими результатами [29, 30]. Основной задачей бесклеточных матриксов является формирование стромы (каркаса), в которую должны мигрировать клетки из окружающих тканей и прорастать кровеносные сосуды, формируя новообразованную стенку органа.

В работе [31] при использовании децеллюрярезированной матрицы из трупной артериальной стенки в отдаленные сроки (3 мес) после реконструктивно-пластической операции было выявлено, что и полнослойные трансплантаты, и варианты с удаленными наружным и внутренними слоями обеспечивали лишь слабую тканевую краевую реакцию при сохраненной функциональной целостности и герметичности. В данном случае использование такой матрицы для заместительной уретропластики оказалось достаточно эффективным.

В рамках экспериментального исследования на кроликах породы шиншилла, которым выполняли резекцию мочевого пузыря с замещением дефекта мембраной «Коллост», созданной на основе коллагена I типа, было выявлено, что развиваемое детрузорное давление во время сокращения мочевого пузыря в первые недели исследования снижалось в 10 раз, соответствовало состоянию субкомпенсации спустя 3 мес и восстанавливалось к 6-му месяцу. В отдаленном периоде (через 1,5 года после операции) отмечено увеличение накопительной функции мочевого пузыря при сохраненных параметрах детрузорного давления. Показано, что расширяющая цистопластика с использованием биополимера на основе коллагена I типа обеспечивает хорошие отдаленные функциональные результаты [32].

При сравнении результатов применения двух различных бесклеточных каркасов: натурального (бесклеточная дуга аорты) и синтетического (поли-L-лактид-ко-капролактон), которые использовались для создания мочевого кондуита и реконструкции участка мочеточника, выявлено, что на обеих матрицах наблюдалась регенерация уротелиального слоя и фокальная регенерация гладкомышечного слоя. Тем не менее для реконструкции мочеточника функционально синтетические бесклеточные матрицы продемонстрировали лучшие качества, чем естественно полученный бесклеточный матрикс дуги аорты [33].

Оценивая эффективность реконструкции органов мочевой системы с использованием бесклеточных матриксов, следует учитывать, что при выраженных патологических изменениях в зоне имплантации биомембраны процесс регенерации резко тормозится. Это в свою очередь снижает эффективность пластики органа, что было показано в экспериментах по цистопластике с использованием бесклеточной биомембраны у свиней с патологией мочевого пузыря [24].

Другим ограничивающим моментом в использовании бесклеточных матриксов может быть размер имплантата. При замещении большого дефекта стенки мочевого пузыря кролика бесклеточным матричным лоскутом регенерация стенки шла не так эффективно, как при имплантации биомембраны меньшего размера [34].

R. Dorin и соавт. [35] использовали коллагеновый матрикс в эксперименте по замещению уретры у 12 кроликов мужского пола. Протяженность замещенного участка составляла 0,5, 1, 2 и 3 см. При этом лишь в группе с замещением уретры протяженностью 0,5 см отмечено появление переходного эпителия, окруженного мышечным слоем, и отсутствие стриктур по данным уретрографии к 4-й неделе.

Обогащение биоматриц клеточными культурами и факторами роста

По мере развития биомедицинских технологий и методов культивирования клеток появилась возможность создавать биоинженерные композиции, включающие как каркасную основу (коллагеновую или синтетическую), так и клеточный компонент, что позволяет более полно имитировать замещаемую стенку органа и стимулировать процесс регенерации ее структур.

В работе J. Lai и соавт. [36] сравнивали свойства двух разных матриц: синтетической матрицы из PGA и бесклеточного матрикса подслизистой оболочки кишечника с расположенными на них аутологичными гладкомышечными клетками или без них при расширяющей пластике мочевого пузыря кролика. В обеих группах наблюдали полную эпителизацию внутренней поверхности имплантированных мембран. Только в группе, в которой использовали материал синтетической полигликолевой матрицы с аутологичными гладкомышечными клетками, было достигнуто значительное увеличение емкости мочевого пузыря с отдельно расположенными гладкомышечными пучками.

С точки зрения оценки эффекта мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, «засеянных» на амниотические мембраны, интересна работа [37], где в модели расширяющей цистопластики у крыс показано, что регенерированные гладкомышечные клетки создают автономные популяции клеток, не идентичных миоцитам в оставшейся части мочевого пузыря. При этом гистологическое выявление регенерированного мышечного слоя вовсе не гарантирует нормальной функции дефектного сегмента мочевого пузыря, поскольку функциональные нарушения эвакуации мочи сохранялись [37].

D. Coutu и соавт. [38] использовали костномозговые мезенхимальные стволовые клетки и бесклеточные матрицы для тканевой инженерии ткани мочевого пузыря крыс. При этом лучшие результаты регенерации мышечных волокон были получены при использовании бесклеточного матрикса с мезенхимальными стволовыми клетками.

A. Kajbafzadeh и соавт. [39] на модели расширяющей пластики мочевого пузыря изучили регенерацию мышечной стенки при использовании трехмерной коллагеновой тканеинженерной матрицы, насыщенной аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками жировой ткани. Гистологически выявлена хорошая регенерация мышечной оболочки, что свидетельствует о позитивном действии стволовых клеток, включенных в биомембрану.

В эксперименте [40], который провели на 15 кроликах, сравнили два тубуляризированных коллагеновых матрикса для замещения уретры. У 9 кроликов на матричный каркас были помещены аутологичные эпителиальные и гладкомышечные клетки, предварительно культивированные in vitro, в отношении остальным 6 животных использовали матрикс без клеток. На 1-й, 3, 6-й месяцы осуществлен контроль с применением уретрографии. В группе с применением аутологичных клеток было отмечено образование переходного эпителия, окруженного мышечными клетками, и отсутствие стриктур по данным уретрографии [40].

Отдельным направлением служит использование биоматриц, обогащенных факторами роста. Включение этих факторов в структуру мембраны должно усиливать процесс неоангиогенеза и миграцию клеток из окружающих тканей в бесклеточную матрицу, что ускорит регенерацию стенки (главным образом мышечной оболочки) реконструированного органа.

Важную роль в процессе ремоделирования структур стенки мочевого пузыря и регулирования клеточной пролиферации играют матриксные металлопротеиназы (MMP), активность которых регулируется через ряд факторов роста. В работе L. Zhou et al. замещали участок мочевого пузыря кролика размером 4х5 см бесклеточной свиной матрицей мочевого пузыря со встроенным тромбоцитарным фактором роста (PDGF-BB) и фактором роста эндотелия сосудов (VEGF). При этом выявлено, что регенерация гладких мышц и васкуляризация при таком способе тканевой инженерии мочевого пузыря идут более интенсивно, а восстановление его функции может быть ускорено. Авторы делают следующий вывод: положительный эффект реализуется за счет PDGF-BB и VEGF, включенных в бесклеточный матрикс мочевого пузыря, которые регулируют активность MMP-2 и MMP-9 [41, 42].

Представленные данные свидетельствуют о высоком интересе медицинской общественности к обогащенным коллагеновым матрицам, которые демонстрируют экспериментальные клинически значимые результаты [43, 44]. Интересно, что и сами биоматериалы могут содержать как факторы роста, так и стимуляторы экспрессии генов, что позволяет прогнозировать развитие более качественной с функциональной точки зрения ткани [45, 46].

Заключение. В настоящее время ввиду роста числа пациентов, требующих удаления мочевого пузыря, реконструкции уретры, все большую актуальность приобретают исследования по изучению заместительной пластики с использованием тканевой инженерии, разработке материалов для реконструкции поврежденных органов мочевыводящей системы. В качестве заменителей фрагментов мочевого пузыря и уретры активно изучаются различные биоматериалы, а также синтетические и природные полимеры. Улучшения регенеративных свойств этих материалов можно достичь посредством конъюгации с биологически активными молекулами или введения клеток с высоким регенеративным потенциалом. Хотя данные большинства исследований, проведенных на мелких лабораторных животных, свидетельствуют о полной и функционально полноценной регенерации мочевого пузыря, результаты моделирования у крупных животных весьма противоречивы. В связи с этим процедуры изготовления биоматериала, регистрации биологически активных веществ, внедрения нанотехнологий и применения технологии стволовых клеток с целью обеспечения функциональной регенерации мочевого пузыря должны быть стандартизированы [47].

Таким образом, с учетом отсутствия удовлетворительных результатов использования имеющихся на сегодняшний день множества методик и материалов для заместительно-реконструктивных операций на органах мочевыводящей системы необходим надежный биоматериал, который может быть использован для улучшения результатов хирургического замещения мочевого пузыря, уретро- и уретеропластики, хирургического лечения недержания мочи, реконструкции полового члена и др.

Работа выполнена на базе Медицинского научно-образовательного центра МГУ им. М. В. Ломоносова и факультета фундаментальной медицины МГУ им. М. В. Ломоносова при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Соглашение о субсидии № 14.607.21.0045 от 22.08.2014).