Введение. Различные патологические состояния мочеточника, требующие реконструктивно-пластических операций, остаются сложной урологической проблемой. Среди таких состояний можно выделить стриктуру (стеноз) и облитерацию мочеточника, мочеточниковые свищи, опухолевые поражения мочеточника и др. За последние годы наиболее частой причиной повреждения мочеточников является ятрогения [1]. Ятрогенные повреждения мочеточника могут возникать в ходе гинекологических, общехирургических и сосудистых операций, урологических вмешательств, лучевой терапии тазовых органов.
Повреждения мочеточника при гинекологических операциях встречаются в 52–82% случаев [2–4]. Частота повреждения мочеточника при трансвлагалищной гистерэктомии составляет 0,2 случая на 1000 операций, а при тотальной абдоминальной гистерэктомии этот показатель увеличивается до 1,3 [5, 6]. Чаще всего уровень повреждения мочеточника соответствует маточно-крестцовой связке.
При колоректальных оперативных вмешательствах вероятность повреждения мочеточника не превышает 0,3% [7]; удельный вес среди всех ятрогенных повреждений мочеточника составляет около 9% [4]. Интересно отметить, что предшествовавшее оперативное вмешательство не коррелирует с более высокой вероятностью внекишечного повреждения органов [8].
Эндоскопические урологические операции/манипуляции достаточно редко сопровождаются серьезными повреждениями мочеточника (0–2%), тем не менее наиболее опасным среди них остается отрыв мочеточника [9].
Одну из наиболее сложных групп составляют пациенты с постлучевыми стриктурами мочеточников. Последние могут возникать в 15% случаев на фоне стандартной лучевой терапии при раке шейки матки [10].
Спектр используемых при повреждениях мочеточника оперативных пособий довольно широк [11]. В настоящее время используются уретероуретеростомия [12–14], трансуретероуретеростомия [15], низводящая нефропексия [16, 17], уретерокаликостомия [18, 19], уретероцистонеостомия, операция Боари или Демеля (мочепузырный лоскут) [20–22], psoas hitch [23], кишечная пластика мочеточника [24–26], аутотрансплантация почки [27–29], нефрэктомия.
Выбор метода лечения зависит от многих факторов [11]:
- наличия неудачных попыток реконструкции мочеточника в анамнезе (эндоскопические/открытые);
- протяженности стриктуры;
- локализации стриктуры;
- количества стриктур;
- функционального состояния почек и состояния уродинамики верхних мочевых путей;
- сопутствующих заболеваний (мочекаменная болезнь, хронические заболевания кишечника, онкологические заболевания);
- соматического статуса пациента;
- ожидаемой продолжительности жизни;
- лучевой терапии в анамнезе;
- емкости мочевого пузыря.
За последние годы появились данные о применении слизистой оболочки щеки для заместительной уретеропластики [30–34]. Буккальный трансплантат может быть использован как в качестве заплатки, так и в тубуляризированном виде. С целью улучшения васкуляризации зона субституции может быть дополнительно укрыта сальником. Несмотря на обнадеживающие результаты, требуются исследования с большим числом пациентов и более длительными сроками наблюдения.
Тканевая инженерия мочеточника. Новым направлением в реконструктивной хирургии мочеточников является тканевая инженерия [35]. Тканеинженерные конструкции уже находят клиническое применение при различных поражениях мочеиспускательного канала [36–42]. Научных публикаций о тканевой инженерии мочеточника значительно меньше.
Тканевая инженерия подразумевает использование матриц и клеток. В качестве матриц могут быть использованы как натуральные, так и синтетические материалы. Матрицы могут применяться как с культивированными клетками, так и без них. Тканевая инженерия позволит преодолевать многочисленные осложнения, возникающие при использовании классических хирургических техник. А выполнение операции лапароскопическим/ретроперитонеоскопическим способом позволит существенно сократить длительность и уменьшить инвазивность пособия [43].
В идеале тканеинженерный мочеточник (или его фрагмент) должен быть непроницаемым для мочи (эпителиальная выстилка), а также способствовать активному пассажу мочи (гладкомышечный слой) при адекватном диаметре просвета.
В литературе представлено относительно небольшое количество доклинических исследований, посвященных тканевой инженерии мочеточника. Мы проанализировали литературу, используя базу данных PubMed и eLIBRARY.
В качестве поисковых слов были использованы мочеточник, тканевая инженерия, регенеративная медицина, реконструкция, стволовые клетки, клинические и доклинические исследования.
Одна из первых работ принадлежит M. Tachibana и соавт. [44]. Авторы использовали коллагеновые трубки (без клеток) длиной 5 см для замещения протяженного дефекта мочеточника собак. Регенерация уротелиального и гладкомышечного слоев была отмечена только на границе нативного мочеточника и коллагенового графта. S. Dahms и соавт. провели похожую работу, но на крысиной модели [45]. Протяженность коллагенового тубуляризированного графта варьировалась от 0,3 до 0,8 см. Авторы отмечали полную эпителизацию коллагеновой трубки; к 10-й неделе констатировали появление гладкомышечных волокон, к 12-й – нервных волокон. S. Baltaci и соавт. использовали синтетическую тубуляризированную матрицу на основе Gore-Tex [46] протяженностью от 5 до 8 см для замещения дефекта мочеточника у собак. Во всех случаях выявлен выраженный фибротический процесс с формированием стриктур в зоне анастомозов. Однако в работе [47], в которой также применяли тубуляризированную конструкцию из Gore-Tex (протяженность 10 см), результаты оказались более обнадеживающими. У 5 из 8 собак не отмечено явлений гидронефроза; просвет неоуретера оставался сохранным на протяжении всего срока наблюдения (6–12 мес); в подлежащих тканях отмечены явления острого и хронического воспаления; минимальная клеточная миграция выявлена на концах протеза. Y. Osman и соавт. [48] предложили в качестве тубуляризированного графта децеллюляризированный гетерологичный фрагмент мочеточника собаки протяженностью 3 см. Выявлено сморщивание графта с формированием стриктур, а также гидронефроз. В исследовании [49] замещали 2/3 диаметра мочеточника свиньи протяженностью 7 см матрицей на основе подслизистой основы тонкого кишечника свиньи (SIS). Отмечена полная эпителизация матрицы, однако формирование адекватного гладкомышечного слоя не наблюдалось. T. Smith и соавт. [50] формировали дефект мочеточника свиньи (1/2 окружности протяженностью 2 см), который замещали лапароскопически, используя SIS. Эпителизация матрицы проходила с формированием участков кишечной метаплазии; гистологическая оценка подслизистой основы и гладкомышечного слоя не выявила патологических изменений. A. Shalhav и соавт. [51] лапароскопически замещали дефект мочеточника (1,5–2,8 см), используя либо ацеллюлярный матрикс, либо SIS. Эпителизация матриц сопровождалась костной метаплазией с формированием плотной рубцовой ткани и обструкцией просвета неоуретера во всех случаях. Аналогичные результаты получены в работе [52] в отношении тубулярного графта SIS; однако при использовании SIS в качестве заплатки отмечена полная эпителизация матрицы с сохранением функции почки. M. Sofer и соавт. [53] тубуляризировали SIS на мочеточниковом катетере № 10 Сh. Данная матрица была использована для замещения дефекта мочеточника (2 см) свиньи. Несмотря на эпителизацию матрицы и рост гладкомышечных клеток, отмечен выраженный воспалительный ответ с формированием полной обструкции просвета мочеточника. Схожие результаты получены в работе [54], где в качестве животной модели были использованы собаки. A. El-Hakim и соавт. [55] провели большое исследование, где оценивались различные виды матриц как с клетками, так и без них. Положительный результат констатирован только при использовании матрицы на основе децеллюляризированного фрагмента кишечника с аутологичными клетками.
Ряд авторов предлагают несколько иной подход – подготовку тканеинженерной конструкции в биореакторе.
В качестве биореакторов использованы организмы экспериментальных животных. Основная идея заключается в формировании аутологичной тканевой прослойки на матрице, которая затем будет использована для тканеинженерной уретеропластики. Это может уменьшить отрицательное влияние мочи на конструкцию после имплантации.
Y. Xu и соавт. [56] подкожно имплантировали крысам стент из poly(L-lactic acid) (PLLA) для формирования соединительнотканной капсулы. Затем осуществили децеллюляризацию данной конструкции с последующим высеванием аутологичных уротелиальных клеток мочевого пузыря.
В течение 3 нед наблюдения все пересаженные клетки сохраняли жизнеспособность. В работах [57, 58] использован PLLA-стент с коллагеновым покрытием (электроспиннинг). Перед имплантацией бестимусным мышам указанные стенты засевались человеческими стволовыми клетками жировой ткани [57] или человеческими уротелиальными клетками [58]. В обоих случаях спустя 2 нед после имплантации клетки выживали. J. Zhang и соавт. [59] имплантировали в брюшную полость собак (самки породы бигль) силиконовые трубки (Silastic) № 8 Сh. Спустя 3 нед трубки извлекались, будучи полностью покрытыми капсулой. При гистологическом исследовании капсула представляла собой коллагеновые волокна с миофибробластами, а наружный слой был покрыт мезотелиоцитами. Капсулу выворачивали наизнанку и использовали для замещения дефекта мочеточника длиной 3 см. Через 12 нед после имплантации отмечено соответствие неоуретера нативной стенки мочеточника в отношении уротелиальной выстилки наличию гладкомышечных пучков и адвентициальной оболочке. Через 12 нед после имплантации гистологическое исследование выявило соответствие между неоуретером и нативной стенкой мочеточника в отношении уротелиальной выстилки, наличия гладкомышечных пучков и адвентициальной оболочки. H. Matsunuma и соавт. [60] продемонстрировали возможность засевания децеллюляризированного мочеточника собаки уротелиальными клетками и мононуклеарами костного мозга; в качестве биореактора была использована подкожная область мышей или брюшная полость крыс. Z. Zhao и соавт. [61] засевали графт из децеллюляризированной артериальной стенки гладкомышечными клетками, полученными из стволовых клеток жировой ткани. Полученную тканеинженерную конструкцию использовали для замещения дефекта мочеточника длиной 3 см у кролика. Спустя 16 нед при гистологическом исследовании выявлены многослойная уротелиальная выстилка и организованные мышечные волокна, характерные для нативной ткани мочеточника. T. Kloskowski et al. [62] оценивали два вида бесклеточных матриц (синтетический – poly(L-lactide-co-caprolactone) [PLCL] и натуральный [дуга аорты]) в качестве материала для тканеинженерной уретеропластики у крыс. Регенерация уротелия и частичная регенерация мышечного слоя были выявлены в обоих случаях. Лучшие результаты реконструкции сегмента мочеточника продемонстрировала синтетическая матрица (PLCL). O. Engel и соавт. [63] в качестве матрицы применяли венозный графт. Исследование проводилось на мини-свиньях: в одной группе мочеточник замещали венозным графтом с аутологичными уротелиальными клетками мочевого пузыря (6 животных), в другой – только венозным графтом (6 животных). Через 12 и 24 нед лучшие результаты получены в группе с клетками, через 48 нед – наоборот.
Обсуждение и возможности клинического применения. Использовав базу данных PubMed, нам не удалось найти каких-либо клинических исследований, где бы применялись матрицы (как с клетками, так и без) для тканеинженерной уретеропластики у человека.
Основная цель тканеинженерного мочеточника заключается в обеспечении адекватного пассажа мочи от почки к мочевому пузырю. Так как нативный мочеточник состоит из слизистой оболочки, мышечных слоев и адвентиции, тканеинженерный неоуретер (или его часть) должен максимально повторять данную структуру. Из представленных выше данных видно, что эффективность заместительной уретеропластики зависит от ее вида: либо замещается весь просвет мочеточника (тубуляризированный графт), либо только часть окружности (onlay). Замещение всего просвета требует от организма больших регенеративных усилий, так как эпителизация и рост мышечных элементов должны происходить на большей поверхности. При увеличении длины дефекта уретры эта зависимость становится более выраженной. Кроме этого постоянный контакт с мочой негативно влияет на регенерацию, способствует рубцеванию и фиброзу.
Один из путей решения данной проблемы – это создание тканеинженерных конструкций, состоящих из матриц с высеянными на них клетками. Как правило, используются аутологичные клетки, что позволяет предотвращать иммунологические осложнения. Клетки могут быть как стволовыми, так и дифференцированными. Следует отметить, что создание тканеинженерных конструкций сопряжено с дополнительными временными затратами (около 6 нед) и финансовой нагрузкой, требует наличия специальных лабораторий и обученных специалистов, проведения дополнительной операции (биопсия для получения источника клеток), выступающей в свою очередь в роли фактора морбидности.
Второй путь – применение вместе с матрицами различных факторов роста: сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF), фактор роста фибробластов-2 (FGF-2), эпидермальный фактор роста (EGF), инсулиноподобный фактор роста-1 (ILGF-1) и др. Факторы роста способствуют миграции и росту клеток в необходимом направлении, стимулируют ангиогенез и созревание сосудов, воздействуют на регенерацию эпителиальных и гладкомышечных клеток. Следует учитывать тот факт, что несбалансированное использование факторов роста может приводить к чрезмерному росту клеток и повлечь за собой отрицательные последствия [64]. Одним из преимуществ данного подхода служит возможность создания готового коммерческого продукта (матрица+факторы роста), который можно использовать как в плановых, так и в экстренных ситуациях.
Третий путь основан на оригинальной идее использования в качестве биореактора организма хозяина. Данный подход позволяет получать как бесклеточный матрикс, так и зрелую тканеинженерную конструкцию. В обоих случаях полученная ткань будет полностью аутологичной. Предварительные результаты доклинических исследований внушают определенный оптимизм в отношении данной концепции.
Кроме всего прочего, следует принимать во внимание, какое животное используется в качестве биологической модели. Стандартный подход предусматривает пошаговый переход от мелких животных к крупным, а затем и к клиническим исследованиям. Однако в случае с мочеточником данный алгоритм может оказаться неэффективным. На малых животных может быть воспроизведен только короткий дефект мочеточника. Короткие дефекты мочеточника у человека не требуют применения тканеинженерных конструкций, а могут быть с успехом устранены с использованием стандартных оперативных техник. Наиболее подходящей животной моделью может оказаться свинья с учетом анатомического сходства, а также сопоставимой длины мочеточника [65, 66].
Заключение. К настоящему времени проведено не так много доклинических исследований, посвященных тканевой инженерии мочеточника. Большинство исследований выполнено на мелких животных, что не позволяет интерполировать полученные данные на крупных животных, не говоря уж о человеке. Предложено несколько подходов, однако остается множество вопросов, касающихся используемого в качестве матрицы биоматериала, вида клеток и способах борьбы с негативным влиянием мочи на тканеинженерный неоуретер. Создание тканеинженерного мочеточника представляется сложной задачей, требующей взвешенного подхода, продуманного дизайна доклинического исследования и глубокого погружения в данную тематику.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №13-04-12075 офи_м – Разработка гибридных биорезорбируемых тканеинженерных конструкций для регенеративной урологии) и РНФ (проект №15-15-00132 – Новые фотополимеризующиеся биосовместимые композиции и скаффолды для регенеративной и реконструктивной урологии, создаваемые методом лазерного 3D принтинга).