Experimental orthotopic implantation of the tissue-engineered graft of trachea based on devitalized scaffold seeded with mesenchymal and epithelial cells - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue RUSSIAN JOURNAL OF TRANSPLANTOLOGY AND ARTIFICIAL ORGANS Année : 2019

Experimental orthotopic implantation of the tissue-engineered graft of trachea based on devitalized scaffold seeded with mesenchymal and epithelial cells

Implantation orthotopique expérimentale d'une greffe trachéale créée par génie tissulaire à partir d'un échafaudage dévitalisé ensemencé de cellules mésenchymateuses et épithéliales

M. V Balyasin
  • Fonction : Auteur
D. S Baranovsky
  • Fonction : Auteur
A. L Fayzullin
  • Fonction : Auteur
O. A Krasilnikova
  • Fonction : Auteur
M. E Krasheninnikov
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A. V Lyundup
  • Fonction : Auteur
V. D Parshin
  • Fonction : Auteur

Résumé

Aim. To study the viability of the tissue-engineered graft (TEG) based on the devitalized tracheal scaffold (DTS), seeded by mesenchymal stromal and epithelial cells in the experiment on rabbits with the assessment of the cytocompatibility and biocompatibility in vivo. Materials and methods. Syngeneic bone marrow-derived mesenchymal stromal cells (BM-MSCs) and lung epithelial cells of rabbit were obtained. Morphology and phenotype of the BMSCs culture were confirmed by immunofluorescent staining on CD90 and CD271 markers. Pulmonary epithelium cells obtained by enzymatic treatment of shredded lung tissue of rabbit were stained with CKPan, CK8/18 and CK14 markers of epithelial cells. The donor trachea was devitalized in three freeze-thawing cycles. Double-layer cell seeding of DTS was performed under static and dynamic culturing. Orthotopic implantation of TEG was performed at the site of the anterolateral wall defect in the rabbit trachea formed as a result of tracheal resection over four rings. The results were evaluated by computed tomography, histological and immunohisto- chemical analyses. Results. TEG implant based on DTS with two-layer cell cultures of rabbit BM-MSCs and epithelial cells was obtained. Three months after the implantation, TEG engraftment was observed, no tracheal wall stenosis was observed, but a slight narrowing of the lumen in the implantation area was observed. Viability of the tissue-engineered graft was confirmed by histological method 6 months after implantation. Epithelialization and vascularization of the tracheal wall, absence of signs of purulent inflammation and aseptic necrosis were shown. Small narrowing of the tracheal lumen was caused by chronic inflammation produced by irritation of the mucous suture material. Conclusion. The new model for evaluating the viability of a tissue engineering implant during critical airway defect closure was obtained. Two-layer vitalization of DTS with lung epithelial cells and BM-MSCs allows to create a tissue engineered structure for replacement of non-long tracheal defects in the experiment in vivo. The use of the tracheal tissue-engineered graft for orthotopic implantation showed a biocompatibility with minimal tissue reaction.
Objectif : étudier la viabilité d'une greffe tissulaire (TEG) basée sur un échafaudage trachéal dévitalisé (DTS) ensemencé de cellules stromales et épithéliales mésenchymateuses dans une expérience sur des lapins avec évaluation de la cytocompatibilité et de la biocompatibilité in vivo. Matériels et méthodes. Des cellules de moelle osseuse mésenchymateuses syngéniques (MSBMC) et des cellules épithéliales syngéniques de poumon de lapin ont été obtenues. La morphologie et le phénotype de la culture de MSBMC ont été confirmés par une coloration d'immunofluorescence pour les marqueurs CD90 et CD271. Les cellules épithéliales pulmonaires obtenues par traitement enzymatique de tissu pulmonaire de lapin haché ont été colorées avec les marqueurs CKPan, CK8/18 et CK14 caractéristiques des cellules épithéliales. La trachée du donneur a été dévitalisée en trois cycles successifs de congélation-décongélation. L'ensemencement des cellules en double couche de DTS a été effectué en culture statique et dynamique. L'implantation orthotopique de DTS a été réalisée au niveau de la malformation de la paroi antérolatérale chez le lapin, formée à la suite d'une résection trachéale sur quatre anneaux. Les résultats ont été évalués par tomographie assistée par ordinateur et par des analyses histologiques et immunohistochimiques. Résultats. Un implant TEG, basé sur le DTS, avec colonisation bicouche par des cultures de cellules MSBMC et de cellules épithéliales de lapin a été obtenu. Trois mois après l'implantation, une greffe de TEG a été constatée, aucune sténose de la paroi trachéale n'a été observée. Cependant, un léger rétrécissement de la lumière au niveau du site d'implantation a été noté. Six mois après l'implantation, la viabilité du TEG a été confirmée par une méthode histologique. L'épithélialisation et la vascularisation de la paroi trachéale, l'absence de signes d'inflammation purulente et de nécrose aseptique ont été mises en évidence. Le petit rétrécissement de la lumière de la trachée s'est avéré avoir été causé par une inflammation chronique due à l'irritation de la muqueuse avec le matériel de suture. Conclusion. Un nouveau modèle a été créé pour évaluer la viabilité d'un implant d'ingénierie tissulaire lors de la fermeture d'un défaut critique des voies respiratoires. Le TEG développé, basé sur le DTS ensemencé (bicouche) par les cellules épithéliales du poumon et le BMSC, a été utilisé avec succès pour remplacer des défauts trachéaux non étendus dans une expérience in vivo. L'utilisation d'une greffe trachéale issue du génie tissulaire pour une implantation orthotopique a montré une biocompatibilité avec une réponse tissulaire minimale.
Цель. Изучить жизнеспособность тканеинженерной конструкции (ТИК) на основе девитализированного трахеального матрикса (ДТМ), заселенного мезенхимальными стромальными и эпителиальными клетками, на модели оценки жизнеспособности тканеинженерного имплантата при закрытии критического дефекта дыхательных путей у кроликов. Оценить потенциал ТИК к поддержанию стабильного просвета трахеи в области имплантации. Материалы и методы. Получены сингенные мезенхимальные стромальные клетки костного мозга (МСК КМ) и сингенные эпителиоциты легкого кролика. Морфологию и фенотип культуры МСК КМ подтверждали иммунофлюоресцентным окрашиванием на маркеры CD90 и CD271. Клетки легочного эпителия, полученные методом энзиматической обработки измельченной ткани легкого кролика, были окрашены на характерные для эпителиальных клеток маркеры CKPan, CK8/18 и CK14. Девитализация донорской трахеи проведена тремя последовательными циклами замораживания–оттаивания. Двухслойное заселение ДТМ клетками выполнено в условиях статичного и динамического культивирования. Проведена ортотопическая имплантация ТИК на место дефекта переднебоковой стенки трахеи кролика, сформированного в результате резекции трахеи на протяжении четырех колец. Оценка результатов выполнена методами компьютерной томографии, гистологического и иммуногистохимического анализов. Результаты. Получен имплантат ТИК на основе ДТМ с двухслойным заселением клеточными культурами МСК КМ и эпителиоцитов кролика. Через 3 мес. после имплантации отмечалось приживление ТИК, стенозирования стенки трахеи не наблюдалось, однако отмечалось незначительное сужение просвета в области имплантации. На 6-й мес. после имплантации жизнеспособность тканеинженерной конструкции подтверждалась гистологическим методом. Показана эпителизация и васкуляризация стенки трахеи, отсутствие признаков гнойного воспаления и асептического некроза. Определена причина небольшого сужения просвета трахеи хроническое воспаление, вызванное раздражением слизистой шовным материалом. Заключение. Получена модель для оценки жизнеспособности тканеинженерного имплантата при закрытии критического дефекта дыхательных путей. Разработанная ТИК на основе ДТМ, двухслойно заселенного эпителиоцитами легкого и МСК КМ, была успешно применена для замещения непротяженных дефектов трахеи в эксперименте in vivo. Минимальная тканевая реакция на ТИК трахеи была обусловлена биосовместимостью имплантата.
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M. V Balyasin, D. S Baranovsky, A. Demchenko, A. L Fayzullin, O. A Krasilnikova, et al.. Experimental orthotopic implantation of the tissue-engineered graft of trachea based on devitalized scaffold seeded with mesenchymal and epithelial cells. RUSSIAN JOURNAL OF TRANSPLANTOLOGY AND ARTIFICIAL ORGANS, 2019, 21 (4), pp.96-107. ⟨10.15825/1995-1191-2019-4-96-107⟩. ⟨hal-02545332⟩
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