CC BY
27
■ МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА
СОЗДАНИЕ БИОИНЖЕНЕРНЫХ ОРГАНОВ, СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ И ДОБРОСОВЕСТНОСТЬ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ХИРУРГИИ
для корреспонденции
Дземешкевич Сергей Леонидович -доктор медицинских наук, профессор, кардиохирург ФГБНУ «Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского» (Москва) E-mail: dzem@med.ru
Ключевые слова:
биоэтика, биоинженерная трахея, трансплантация
С.Л. Дземешкевич
ФГБНУ «Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского», Москва
Клин. и эксперимент. хир. Журн. им. акад. Б.В. Петровского. - 2015. - № 1. - С. 80-85.
n
ервый номер нашего журнала в 2013 г. открывала исключительная по глубине и точности анализа статья профессоров П. Тищенко и Б. Юдина о добросовестности научных исследований [1]. Это было принципиальной позицией нашей редакции - обозначить наш уровень оценки научных результатов, предлагаемых читателю.
Поэтому нас не могла не заинтересовать дискуссия, развернувшаяся на страницах одного из самых престижных хирургических журналов -«The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery» [2, 3]. Основной мотив дискуссии заключается в том, что профессора P. Delaere и D. van Raemdonck считают недостоверной медицинскую информацию о создании первого биоинженерного органа - трахеи. Автор методики профессор P. Macchiarini, напротив, убежден, что полученные им результаты экспериментальных исследований и имеющийся клинический опыт позволяют уверенно говорить о тканево-инженерном создании такого сложного органа (анатомически, морфологически и функционально), как трахея.
Автор настоящего комментария имеет большой опыт в создании ферментообработанных бесклеточных сосудистых ксенобиопротезов, бесклеточных алло- и ксеногенных биопротезов клапанов сердца со сниженной иммуногенностью, изучения в эксперименте процессов морфологической адаптации синтетических и биологических протезов [4]. Общий вывод этих работ следующий: все биопротезы со сниженной иммуногенностью имеют пролонгированный срок функции, но при этом они остаются неживым каркасным материалом. Ни о какой тканево-инженерной конструкции речь идти не может.
Эта информация и точка зрения в дискуссии были высказаны профессору P. Macchiarini во время
его сообщения в РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского о результатах по созданию тканево-инженерной трахеи. Ключевые слова этого сообщения профессора P. Macchiarini были следующие: биоинженерная конструкция, биореактор in situ, стволовые клетки, стимуляторы ангиогенеза, нанотехнологии.
Однако, учитывая информацию о нескольких удачных операциях по имплантации такой алло-трахеи, изготовленной по методике П. Маккиарини, в клинической практике других госпиталей, мы приняли решение провести такую операцию в нашем центре (профессор В.Д. Паршин). Согласие пациентки и положительное решение Комитета по биоэтике нашего центра были получены. Профессор P. Macchiarini принял непосредственное участие в этой операции. Протез аллотрахеи был изготовлен и доставлен из итальянской лаборатории.
Описание клинического наблюдения
Пациентка И., 25 лет (№ и.б. 30 298 333) 25.10.2010 была госпитализирована в РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского с диагнозом стеноз трахеи, обследование по программе трансплантации. Жалобы при поступлении: одышка при физической нагрузке, поперхивание при приеме пищи, головные боли, нарушения сна, памяти, в прошлом эпизоды судорог. Из анамнеза: в апреле 2006 г. пострадала в автокатастрофе, получила тяжелую черепно-мозговую травму, переломы голеней. В связи с мозговой комой и прогрессирующим отеком мозга ей была произведена трепанация черепа и наложена трахеостома для проведения длительной искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Сознание вернулось через 8 мес после травмы. Тра-хеостома зажила самостоятельно, но через 1 мес
появилось стридорное дыхание. В клинике Шанхая (Китай) проведено эндопротезирование трахеи сеточным стентом. В 2007-2010 гг. неоднократно выполняли процедуру удаления грануляций и эндоскопическую реканализацию трахеи. В сентябре 2010 г. была консультирована в клинике Израиля, где продолжена консервативная терапия, включающая гормоны. При рентгенологическом обследовании в РНЦХ в трахее на уровне С7-Т4 определяется сетчатый протез трахеи длиной 6 см диаметром 1,5 см. По данным ЭхоКГ, полости сердца не расширены, клапаны не изменены, патологии не выявлено. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) в пределах должных значений. Выявлены генерализованная трахеальная обструкция, стеноз трахеи. Нарушений структуры и функции органов брюшной полости не выявлено. При магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга выявлена картина кистозно-глиозных изменений в правой височно-теменной области. При бронхоскопии: голосовые складки подвижны, левая рубцово изменена, частично отсутствует. На 1 см от подскладочного отдела гортани умеренное сужение трахеи. Далее на передней стенке виден продольный рубец, хрящевые кольца не визуализируются. Ниже рубцовая деформация и сужение просвета до 8 мм и затем на конус до 6x7 мм. Далее вплоть до карины на протяжении 2,5 см просвет трахеи сужен до 9x8 мм за счет рубцово-грануляционной ткани, слизистая в этой зоне гиперемирована с фиброзным налетом. Этот процесс распространяется на оба трахеобронхи-альных угла. В связи с выраженным субтотальным стенозом трахеи в шейном, шейно-грудном и грудном отделах на консилиуме принято целесообразным предложить пациентке трансплантацию трахеи на сосудистой ножке. Противопоказаний к такой процедуре не выявлено.
В последующем принято решение о трансплантации аллотрахеи, подготовленной по методике профессора П. Маккиарини с использованием технологии регенеративной медицины. 04.11.2010 выполнены бужирование трахеи и эндоскопическая реканализация путем удаления рубцово-гра-нуляционной ткани. 06.12.2010 в плане подготовки к реконструктивной операции произведены забор и консервация костного мозга. Суммарный забор костного материала составил 300 мл. 07.12.2010 выполнена операция (профессор В.Д. Паршин при участии профессора П. Маккиарини): трансплантация трахеи, подготовленной по методике регенеративной медицины (рис. 1). Удалена практически вся измененная трахея. Из резецированной трахеи взят и поделен на фрагменты 3x3 мм участок слизистой для последующего размещения на внутренней поверхности донорской трахеи. В стенку децеллюли-рованной трахеи введена взвесь мононуклеаров из костного мозга пациента из расчета 1 мл на каждые
2 полукольца трахеи. Также в стенку трансплантата введены эритропоэтин, нейпоген, TGF. После завершения анастомозов в просвет трансплантата введен сетчатый саморасправляющийся стент, перекрывающий анастомозы. Через верхнесрединную лапаротомию выделена часть большого сальника на сосудистой ножке, проведена к трахее и полностью окутана вокруг трансплантата.
Описание морфологии аллотрахеи до трансплантации: в донорской трахее обнаружены некротические изменения мягких тканей без воспалительной реакции и дистрофические изменения гиалинового хряща (рис. 2, 3).
Госпитальный и отдаленный периоды после трансплантации
Пациентка была экстубирована на 2-е сутки после операции. В протоколе проводимой терапии -гормоны, эритропоэтин, нейпоген. При бронхоскопии на 15-й день после операции просвет трахеи удовлетворительный, анастомозы состоятельны, стенки трансплантата покрыты небольшим количеством фибрина.
21.01.2011 эндоскопически удален эндопротез в связи с его частичным разрушением. В просвете трансплантата по передней полуокружности вблизи анастомозов обнаружены небольшие разрастания плотных грануляций, на задней полуокружности - сероватые массы с включением измененной сетки эндопротеза, легко отслаивающиеся от стенки трансплантата.
Рис. 1. Общий вид биопротеза аллотрахеи, изготовленной в итальянской лаборатории. Введение взвеси мононуклеаров
Fig. 1. General view of allotrachea bioprosthesis made in the Italian laboratory. Injection of mononuclear cell suspension
Рис. 2. Фрагмент биопротеза трахеи до операции: эпителиальная выстилка отсутствует, наблюдаются дистрофические изменения хрящевой ткани в виде неравномерного окрашивания основного вещества и вакуолизации цитоплазмы отдельных хондроцитов Окраска по Ван-Гизону. x50.
Fig. 2. Fragment of tracheal bioprosthesis before surgery: no epithelial lining, cartilaginous tissue dystrophic changes in the form of "speckled" pattern of ground substance and individual chondrocytes cytoplasm vacuolation are presented. Van Gieson'sstain. x 50.
Рис. 3. Фрагмент биопротеза трахеи до операции: дистрофия гиалинового хряща, вакуолизация и кариопикноз хондроцитов Мягкие ткани трансплантата в состоянии аутолиза. Воспалительная инфильтрация отсутствует. Окраска гематоксилином и эозином. x100.
Fig. 3. Fragment of tracheal bioprosthesis before surgery: hyaline cartilage degeneration, chondrocytes vacuolation and karyopyknosis. Autolysis of soft tissue graft. No inflammatory infiltration. Hematoxylin and eosin stain. x 100.
24.01.2011. Пациентка выписана на амбулаторное лечение.
21.02.2011 экстренная госпитализация для удаления остатков эндопротеза в связи с его дислокацией. При трахеоскопии: просвет проксимального анастомоза сужен до 3x5 мм валиком грануляционной ткани. В месте удаленного эндопротеза стенка трахеи имеет сетчатую поверхность, по мем-бранозной части кровоточащие грануляции, судить о реваскуляризации и эпителизации хрящевой части невозможно.
07.03.2011. Стеноз трансплантата трахеи, стри-дор в покое, интубация и трахеоскопия: на всем протяжении трансплантата наложения и сужения обоих анастомозов. Через сутки пациентка эксту-бирована.
10.03.2011. В связи с выраженным рубцово-грануляционным стенозом выполнено экстренное эндоскопическое эндопротезирование трахеи.
25.03.2011. Очередное эндопротезирование трахеи самофиксирующимся эндопротезом.
25.04.2011 в связи с прогрессирующим рубцовым стенозом трахеи выполнена трахеоларин-гопластика с оставлением Т-образной трубки. При гистологическом исследовании стенки донорской
трахеи выявлены массивы грануляционной ткани в различной стадии организации, воспалительная инфильтрация. Эпителиальная выстилка отсутствует. Хрящевой и мышечной ткани не обнаружено. Фиброзная ткань со зрелыми сосудами.
В последующие месяцы неоднократно выполняли смены Т-образной трубки и надбифуркацион-ную электрокоагуляцию грануляций трахеи.
29.02.2012. При очередном удалении Т-образной трубки просвет трахеи сужен на всем протяжении, при кашле схлопывается почти полностью за счет сближения передней и задней стенок, что говорит о практически полном отсутствии естественной каркасности донорского аллотрансплантата трахеи.
Заключение
Таким образом, приведенные в настоящей статье данные подтверждают точку зрения P. Delaere и D. van Raemdonch о том, что информация о создании новой биоинженерной трахеи не является доказанным фактом. Трансплантация донорской трахеи, изготовленной и использованной в клинической практике по методике профессора P. Macchiarini, завершилась развитием рубцово-грануляционного стеноза трансплантата без признаков сохранения структуры и функции нативной трахеи. Одно клиническое наблюдение, которым мы располагаем, - еще не основание для научных выводов и заключений. В то же время мы не можем не поддержать ту точку зрения, что манипулирование современными терминами в хирургии дает нашим пациентам необоснованные надежды и подрывает авторитет науки и медицины.
P.S. Жизнь не стоит на месте. В настоящее время профессор P. Macchiarini получил грант в Российском научном фонде на создание биоинженерного пищевода.
Organ "bioengineering", stem cells and scientific integrity in surgery
correspondence S.L. Dzemeshkevich
Dzemeshkevich Sergey L. -MD, Professor, Cardiologist, Petrovsky National Research Centre of Surgery (Moscow) E-mail: dzem@med.ru
Petrovsky National Research Center of Surgery, Moscow
Clin. Experiment. Surg. Petrovsky J. - 2015. - N 1. - Р. 80-85.
Keywords: bioethics, bioengineered trachea, transplantology
T
he first issue of our journal in 2013 was opened by an exceptional in depth and accuracy of analysis article by Professors P. Tischenko and B. Yudin on
integrity in scientific research [1]. It was fundamental for the Editorial Board to indicate our level of evaluation of scientific results offered to the reader.
That is why we could not help but be interested in the discussion that took place in the pages of one of the most prestigious surgical journals: Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery [2]. The core item of the discussion is that Professors P. De-laere and D.Van Raemdonch considered unreliable the medical data on the first bioengineered organ -the trachea. The author of this technique, Professor P. Macchiarini, on the other hand, is convinced that the results of his experimental studies and clinical experience allow him to speak confidently about tissue engineering of such a complex (anatomically, morphologically and functionally) organ as the trachea.
The author of this comment has comprehensive experience in the engineering of enzyme-treated decellularized vascular xeno-bioprostheses, acellular allogeneic and xenogeneic heart valves with reduced immunogenicity, in experimental studies of the processes of morphological adaptation of synthetic and biologic implants [3]. The general conclusion of these works is the following: all bioprostheses with reduced immunogenicity or vascular grafts of increased porosity have the long-term viability, but nonetheless remain lifeless carcass material. Any tissue engineering construct is out of the question here.
This information and point of view were expressed in the debate to Professor P. Macchiarini during his report on the results of tracheal tissue engineering at the Academician B.V. Petrovsky National Research Center of Surgery (NRCS). The keywords of Professor P. Macchiarini's report were as follows: bioengineered construct, in-situ bioreactor, stem cells, angiogenesis stimulators, nanotechnology.
However, taking into account the reports on several successful transplantations of the tracheal allografts engineered according to P. Macchiarini's technique in clinical practice of some other hospitals, we decided to conduct such surgery in our Center (Prof. V.D. Parshin). The patient's consent and the positive decision of our Center's Committee on Bioethics were received. Professor P. Macchiarini was directly involved in the surgery. The tracheal allograft was engineered and delivered from an Italian laboratory.
Clinical observation
Patient I., 25 y/o female (medical history # 30,298,333) was admitted to the Academician B.V. Petrovsky NRCS with the diagnosis of tracheal stenosis for transplant program examination on 25 of October, 2010. Complaints on admission: exertional dyspnea, choking when eating, headaches, sleep disorders, memory impairment, past episodes of seizures. From the case history: in April, 2006 she got a severe head injury, broken shins in a car accident. Craniotomy was performed for cerebral coma
and progressive brain edema and tracheostomy was placed for prolonged mechanical ventilation. The patient recovered consciousness 8 months after injury. Tracheostomy healed on its own, but a month later stridor appeared. In a hospital of Shanghai (China) a tracheal mesh stent was placed. In the period from 2007 to 2010 granulation tissue removal and endoscopic recanalization of the trachea were repeatedly performed. In September, 2010 the patient was consulted at an Israeli clinic where conservative treatment including hormones was continued. In NRCS X-ray examination showed a mesh tracheal prosthesis 6 cm in length and 1.5 cm in diameter at the level of C7-T4. Echocardiogram results revealed no pathology: heart cavities were not expanded, the valves were not changed. VC was within normal limits. Generalized tracheal obstruction; tracheal stenosis were revealed. Disruptions in the structure and function of the abdominal cavity organs were not found. MRI of the brain showed cystic glial changes in the right temporo-parietal region. Bronchoscopy: the vocal folds were mobile, scar line changed, partially missing. There was a moderate narrowing of the trachea 1 cm from the subglottic larynx. Further a longitudinal scar was visible on the front wall, cartilaginous rings were not visualized. Below that there was a scar deformation and narrowing up to 8 mm and then tapering to 6x7 mm. Then over 2.5 cm further on the tracheal lumen narrowed to 9x8 mm due to granulation tissue, mucus in the area being hyperemic with the fibrous plaque. Both tracheobronchial angles were involved in this process. Because of severe subtotal stenosis of the trachea in the cervical, cervical-thoracic and thoracic parts, the council considered it expedient to offer the patient transplantation of the trachea on the vascular pedicle. There were no contraindications to that procedure.
Subsequently the decision was taken to transplant the tracheal allograft prepared according to P. Macchiarini's technique using the technology of regenerative medicine. On 04 of November, 2010 tracheal bougienage and endoscopic recanalization by removing granulation tissue were performed. On 06 of December, 2010 preparing for reconstructive surgery the patient's bone marrow was harvested and preserved. The total volume of bone marrow obtained was 300 ml. On 07 of December, 2010 transplantation of a tracheal allograft engineered according to the method of Regenerative Medicine (Fig. 1) was performed (Professor Parshin V.D. with the participation of Professor P. Macchiarini). The deformed trachea was removed almost completely. A section of the mucosa was taken from the resected trachea and divided into pieces of 3x3 mm for further placement on the inner surface of the donor trachea. The suspension of mononuclear cells of the patient's bone marrow was inserted into the wall of the decellularized trachea
at the rate of 1 ml per each two tracheal half-rings. Also erythropoietin, Neupogen, TGF were applied to the graft wall. After completion of the anastomoses, a self-expanding mesh stent overlapping the anastomoses was placed into the lumen of the graft. The greater omental pedicled flap was prepared through an upper median laparotomy, transposed to the trachea and fully wrapped around the graft.
The description of pre-transplant morphology of the allo-trachea: necrotic changes of soft tissues without inflammatory reaction and degenerative changes in the hyaline cartilage were revealed in the donor trachea (Fig. 2, 3).
Hospital and remote post-transplant periods
The patient was extubated on the second day after surgery. The therapy protocol included hormones, erythropoietin, Neupogen. Bronchoscopy on the 15th day after surgery: the lumen of the trachea was satisfactory, the anastomoses were airtight, the graft walls were covered with a thin layer of fibrin.
On 21 of January, 2011 endoscopic removal of the endoprosthesis was performed because of its partial destruction. In the lumen of the graft there were small overgrowth of dense granulation tissue on the front semicircle near the anastomoses and grayish masses with the changed endoprosthetic mesh inclusion easily peeling off the graft's wall on the back semicircle.
24 of January, 2011. The patient was discharged to outpatient treatment.
21 of February, 2011. Emergency hospitalization to remove the remnants of the endoprosthesis because of its dislocation. Tracheoscopy: the lumen at the proximal anastomosis was narrowed down to 3x5 mm by granulation tissue proliferation. In the place of the removed prosthesis the tracheal wall had a mesh- like surface with bleeding granulation on the membranous part; it was not possible to judge about revascularization and epithelialization of the cartilage.
07 of March, 2011. Stenosis of the tracheal graft, stridor at rest, intubation and tracheoscopy: there were overlapping and narrowing of both anastomoses throughout the graft. A day later the patient was extubated.
10 of March, 2011. Due to severe cicatricial and granulation stenosis, emergency endoscopic tracheal stenting was performed.
25 of March, 2011. The next self-expanding tracheal stent insertion.
25 of April, 2011. Due to late cicatricial tracheal stenosis both laryngoplasty and tracheal resection with T-shaped tube placement were performed. Histological examination of the donor tracheal wall revealed the masses of granulation tissue in various stages of its formation, inflammatory infiltration. The epithelial lining was missing. Cartilage and muscle tissue was not found; fibrous tissue with mature vessels.
In subsequent months, the change of T-shaped tube and electrocoagulation of tracheal granulation tissue above the tracheal bifurcation were repeatedly performed.
29 of February, 2012. The next time we changed the T-shaped tube we found lumenal narrowing of the entire trachea; during cough the trachea collapsed almost completely due to the convergence of the front and back tracheal walls, indicating the lack of almost any natural framing of the donor tracheal al-lograft.
Conclusion
Thus, the data presented in this article confirm the viewpoint of P.R. Delaere and u D. Van Raemdonch that the information about creating a "new" bioengineered trachea is not a proven fact. Transplantation of a donor trachea made and used in clinical practice as described by Professor P. Macchiarini eventually led to the graft's stenosis due to scarring and granulation tissue formation without signs of preservation of native tracheal structure and function. One clinical observation, which we have, is not scientific basis for the findings and conclusions, of course. At the same time, we cannot help but support the view that the manipulation of modern terms in surgery gives our patients unreasonable expectations and undermines the authority of science and medicine.
P.S. But life goes on. And recently Professor P. Macchiarini has received a grant from the Russian Science Foundation to create a "bioengineered" esophagus.
Литература
1. Тищенко П.Д., Б.Г. Юдин. Проблема добросовестности в научных исследованиях // Клин. и эксперимент. хир. Журн. им акад. Б.В. Петровского. 2013. № 1. С. 5-12.
2. Delaere P.R., D. Van Raemdonck. The trachea: The first tissue-engineered organ? // J. Thoracic Cardiovasc. Surg. 2014. Vol. 4. Р. 1128-1131.
3. Macchiarini P. Reply to the Editor // J. Thoracic Cardiovasc. Surg 2014. Vol. 148 (1). P. 365-366.
4. Dzemeshkevich S.L., Konstantinov B.A., Gromova G.V. et al. The mitral valve replacement by the new type bio prostheses (features of design and long-term results) // J. Cardiovasc. Surg. 1994. Vol. 35 (1). P. 189-193.
References
1. Tishchenko P.D., Yudin B.G. Fair dealing for scientific studies. Klinicheskaya i eksperimental'naya khirurgiya. Zhurnal imeni ak-ademika B.V. Petrovskogo [Clin Experiment Surg Petrovsky J]. 2013; Vol. 1: 5-12. (in Russian)
2. Delaere P.R., D. Van Raemdonck. The trachea: The first tissue-engineered organ? J Thoracic Cardiovasc Surg. 2014; Vol. 4: 1128-31.
3. Macchiarini P. Reply to the Editor. J. Thoracic Cardiovasc. Surg. 2014; Vol. 148 (1): 365-6.
4. Dzemeshkevich S.L., Konstantinov B.A., Gromova G.V. et al. The mitral valve replacement by the new type bio prostheses (features of design and long-term results). J Cardiovasc Surg. 1994; Vol. 35 (1): 189-93.
