Η βιοσυμβατότητα των βιοπροσθετικών υλικών και η κατευθυνόμενη ιστική αναγέννηση στην αποκατάσταση των ελλειμάτων κοιλιακού τοιχώματος επιμύων

Abstract

Aim of the study: The aim of this research work was a complete and detailed study by use of specific histopathological, immunohistochemical and ultrustructural methods of the biocompatibility of bioprosthetic materials and guided tissue regeneration and tissue engineering after use of bioprosthetic materials for the abdominal wall reconstruction in a rat model.Materials and methods: Two prosthetic materials were studied. a) the biological implant Permacol®, a dermal collagen porcine-derived biomaterial and b) the synthetic prosthetic material Composix®, a composite mesh which consists of two distinctly different sides, one side of polypropylene and one side of ePTFE. Forty male Sprague Dawley rats (n:40) were randomly divided into 2 basic groups (A and B) of 20 and each one of them was further divided in 2 subgroups of 10 (A1, A2, B1 and B2). Groups A1 and A2 were implanted with the biological implant, while the rest were implanted with the composite mesh. Animals were randomized for explantation at 1 (Α2 and B2) and 3 (A1 and B1) months after the surgical prosedure. In all groups (A and B) a full-thickness ventral defect 1.5cm x 3cm was carefully created and overlapped with either the biologic prosthesis Permacol® (subgroups A1 and A2) and the composite mesh (subgroups B1 and B2). The prosthetic materials with a size of 2,5 x 5 cm were placed intraperitoneally. The animals were sacrificed at two time points, one month after the surgical procedures (subgroups A2 and B2) and three months after the surgical procedures (subgroups A1 and B1), twenty animals at each time point, ten from the Permacol® group and 10 from the Composix® group). The explants consisting of the prosthetic material plus the surrounding tissues of 1 cm width were collected and examined by gross inspection, histological, immunohistochemical and ultrastructural methods.Results: Permacol® excibited superior performance than Composix® as far as strength and extent of adhesions formation to the intra abdominal organs is concerned. Moreover, the inflammatory response that was induced by Permacol® was milder than that presented in Composix® subgroups. Gradual neovascularization was evident in both prosthetic materials. Collagen type I deposition was very low in subgroups A2 and B2, while in subgroups A1and B1 increased Collagen type I deposition was observed, a finding that was further verified by our immunohistochemical study. Low Anti – Collagen I antibody COL-1 positivity was observed in subgroups A2 and B2. On the contrary, A1 and B1 subgroups showed higher Anti – Collagen I antibody COL-1 positivity. Permacol® induced a gradually more organised Collagen type I deposition than that of Composix®.Conclusions: In conclusion our research data suggest that both Permacol® and Composix® materials were well tolerated for a 3 months period following implantation in Sprague – Dawley rats abdominal wall. The results of our study demonstrate that the use of Permacol® was superior to that of Composix® with respect to host incorporation including neovascularization and remodelling in terms of the amount and organization of the deposited newly formed collagen, showing a more compatible behaviour than Composix®.

Σκοπός: Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ολοκληρωμένη μελέτη με ειδικές ιστοπαθολογικές, ανοσοϊστοχημικές και υπερμικροσκοπικές μεθόδους της βιοσυμβατότητας των βιοπροσθετικών υλικών και της κατευθυνόμενης ιστικής αναγέννησης μετά από τη χρήση τους για την αποκατάσταση ελλειμμάτων του κοιλιακού τοιχώματος σε ενήλικες λευκούς επίμυες ηλικίας 10-12 εβδομάδων. Υλικό - Μέθοδος: Μελετήθηκαν 2 προσθετικά υλικά αποκατάστασης ελλειμμάτων του κοιλιακού τοιχώματος: α) το βιολογικής προέλευσης μόσχευμα Permacol® αποτελούμενο από χοίρειο δερματικό κολλαγόνο και β) το διπλής όψεως συνθετικό πλέγμα Composix®, το οποίο διαθέτει μία επιφάνεια αποτελούμενη από e-PTFE και μία επιφάνεια αποτελούμενη από ένα στρώμα πλέγματος πολυπροπυπλενίου. Ως ζωικά πρότυπα χρησιμοποιήθηκαν 40 υγιείς ενήλικες, άρρενες λευκοί επίμυες (n = 40) της φυλής Sprague Dawley, οι οποίοι χωρίστηκαν τυχαία σε δύο βασικές ομάδες (Α και Β) των 20 και κάθε μία από αυτές τις ομάδες χωρίστηκε σε δύο υποομάδες των 10 πειραματόζωων (Α1, Α2, Β1 και Β2 αντίστοιχα). Σε όλες τις υποομάδες δημιουργήθηκε ολικού πάχους ιστικό έλλειμμα διαστάσεων 1,5 x 3 εκατοστά στη μέση γραμμή του κοιλιακού τοιχώματος, το οποίο αποκαταστάθηκε με την ενδοπεριτοναϊκή τοποθέτηση των προαναφερθέντων προσθετικών υλικών διαστάσεων για το καθένα από αυτά 2,5 x 5 εκατοστά. Στις υπομάδες Α1 και Α2 χρησιμοποιήθηκε το υλκό Permacol®, ενώ στις υποομάδες Β1 και Β2 το υλικό Composix®. Οι θυσίες των πειραματοζώων έγιναν μετά από 1 μήνα (υπομάδες Α2 και Β2) και 3 μήνες (υποομάδες Α1 και Β1) μετά από την υποβολή τους στη χειρουργική επέμβαση. Μετά τη θυσία έγινε λήψη του προς ιστολογική εξέταση υλικού (υλικό αποκατάστασης + πέριξ υγιείς ιστοί πλάτους 1cm). Στη συνέχεια, το προς μελέτη υλικό κατατμήθηκε σε τρία τεμάχια, για μακροσκοπική, ιστοπαθολογική και ανοσοϊστοχημική μελέτη στο Οπτικό Μικροσκόπιο, καθώς και για μορφολογική υπερμικροσκοπική μελέτη στο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης.Αποτελέσματα: Το υλικό Permacol® οδήγησε στο σχηματισμό λιγότερων σε αριθμό, αλλά και ασθενέστερων σε ισχύ συμφύσεων με τα ενδοκοιλιακά σπλάγχνα σε σχέση με το υλικό Composix®. Επιπλέον, η φλεγμονώδης απάντηση την οποία προκάλεσε ήταν ηπιότερη σε συγκριση με αυτή που παρατηρήθηκε στις υποομάδες του Composix®. Νεοαγγειογένεση με σταδιακή αύξηση του αριθμού των νεοσχηματισθέντων αγγείων παρατηρήθηκε και στα δύο υλικά. Η εναπόθεση κολλαγόνου τύπου Ι ήταν σημαντικά μειωμένη στις υποομάδες Α2 και Β2, ενώ στις υποομάδες Α1 και Β1 παρουσίασε σημαντική αύξηση, γεγονός που επιβεβαιώνεται και με την ανοσοϊστοχημική μελέτη. Στις υποομάδες του ενός μήνα (Α2 και Β2) διαπιστώθηκε ασθενής θετικότητα στο αντίσωμα κολλαγόνου τύπου Ι (Anti – Collagen I antibody (COL-1) σε σχέση με τις υποομάδες των τριών μηνών (Α1 και Β1). Το υλικό Permacol® προκάλεσε μία σταδιακά περισσότερο οργανωμένη εναπόθεση κολλαγόνου τύπου Ι σε σχέση με το υλικό Composix®.Συμπεράσματα: Και τα δύο υλικά που μελετήθηκαν έγιναν καλά ανεκτά για την περίοδο των τριών μηνών μετά από την εμφύτευσή τους στα ζώα μελέτης. Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης μελέτης αναδεικνύουν ότι το Permacol® ως υλικό αποκατάστασης υπερέχει σε σύγκριση με το Composix®. Το Permacol® επεδειξε μία περισσότερο βιοσυμβατή συμπεριφορά, η οποία αποδεικνύεται από τη αυξανόμενη νεοαγγειογένεση και την εναπόθεση σημαντικής ποσότητας νέοπλαστου και οργανωμένου κολλαγόνου καθώς από την αναδιαμόρφωση του υλικού (remodelling) και την ισχυρή ενσωμάτωσή του στους ιστούς του οργανισμού.