Mandibulární rekonstrukce s axiálně vaskularizovanými kostními náhradami

Pozadí:

Rekonstrukce dolní čelisti je nezbytná po resekcích tumoru, infekcích nebo traumatech vedoucích k závažným poruchám kontinuity oblouku dolní čelisti a oběti zubů. Základní rekonstrukce spočívá v použití nevaskularizovaných kostních štěpů spolu s obnovou ztracených zubů pomocí dentálních implantátů a implantátem podporovaných protéz. Menší kostní vady (

Tkáňové inženýrství a regenerativní medicína závisí na přítomnosti biomateriálu podporujícího buněčný růst a proliferaci. Aby se tento biomateriál (lešení) naplnil novou tkání, tělo musí s tímto biomateriálem účinně interagovat. To vyžaduje vytvoření časné a spolehlivé angiogenní odpovědi vedoucí k rozvoji adekvátního krevního zásobení pro obnovu struktury a funkce. (Hodde 2002) Tři hlavní složky potřebné pro regeneraci jsou buňky, lešení a indukční molekuly. Při pěstování tkání in vitro (tkáňové inženýrství) by měly existovat všechny tři složky, nicméně pokud jde o regenerativní medicínu, kterákoli z nich může být tělu poskytnuta ve snaze optimalizovat jeho kapacitu pro regeneraci vlastních tkání. Přidání buněk nebo růstových faktorů k biomateriálům může posílit regeneraci tkáně (Pellegrini et al. 2009), ale vaskularizace, a tedy integrace těchto biomateriálů, je stále považována za určující problém úspěchu jakékoli regenerace defektu kritické velikosti. (Novosel et al. 2011) Uplatňování principů regenerativní medicíny v oblasti kranio-maxilofaciální rekonstrukce se dnes stalo každodenní praxí. Široké spektrum aplikací sahá od jednoduchého přidávání bioaktivních kostních výplní až po mnohem sofistikovanější techniky náhrady a rekonstrukce kosti. Indikace zahrnovaly rekonstrukci po drobných vývojových defektech, traumatech, infekcích, benigních cystách nebo nádorech, ale zřídka po excizi maligního nádoru. (Clokie a Sandor 2008; Schuckert et al. 2009; Trautvetter et al. 2011) Warnke et al. (Warnke et al. 2004), kteří použili zcela odlišnou techniku ​​než ty použité v předchozích kazuistikách, uvedli jediný případ regenerace po ablaci rakoviny. Hlavní technický rozdíl se týkal vaskularizace regenerované tkáně. Zatímco všechny hlášené případy pro regeneraci dolní čelisti používaly konvenční strategii vnější vaskularizace, kde byly konstrukty ponechány, aby získaly parazitární krevní zásobu z místa implantace příjemce, Warnke a kol. (Warnke a kol. 2004) použili strategii axiální vaskularizace prostřednictvím prelaminační procedura ve svalu Latissimus dorsi (LD) s následným volným tkáňovým transferem regenerované dolní čelisti. Ačkoli se tato technika vyhnula morbiditám v místě dárce kostí, nutnost odebírat sval LD ​​představovala hlavní nevýhodu této techniky předlaminace. Tato jediná kazuistika zdůraznila potřebu efektivně vaskularizovaného konstruktu, pokud má být regenerační terapie aplikována na větší a recidivující defekty.

Axiální vaskularizace skafoldů má za cíl poskytnout konstruktu krevní zásobení přes definovanou a vyhrazenou vaskulární osu. V této souvislosti není krevní zásobení konstruktu získáváno náhodně z místa implantace, a tudíž by mohla být možná implantace v oblasti s nízkým vaskularizačním potenciálem, jako je tomu v ozářených nebo fibrotizovaných chirurgických místech (Kneser et al. 2006). Dvě hlavní techniky pro axiální vaskularizaci jsou prelaminace a prefabrikace.

Prefabrikace tkáňového konstruktu se jednoduše provádí implantací arterio-venózní píštěle nebo kličky (AVL) nebo vaskulárního pediklu pod konstrukt nebo do něj. To má za následek spontánní pučení cév z kličky nebo pediklu a následnou revaskularizaci celého tkáňového konstruktu (Erol a Spira 1979; Guo a Pribaz 2009). Prelaminace je další technika zavedená Pribazem a Finem (Pribaz a Fine 1994) v roce 1994, kdy se provádí implantace konstruktu do vaskularizované oblasti (laloky), aby se vytvořila přizpůsobená vaskularizovaná jednotka. Konečným výsledkem obou technik je axiálně vaskularizovaná jednotka, jejíž výživa závisí na definované cévní ose.

Dva další důležité termíny, které je třeba v této souvislosti zmínit, jsou „vnitřní“ a „vnější“ režimy vaskularizace. Vnější vaskularizace konstruktu znamená získání jeho krevního zásobení z periferie směrem do centra, zatímco režim vnitřní vaskularizace znamená, že oblast jádra konstruktu je vaskularizována jako první (Lokmic a Mitchell 2008). V souladu s tím je prefabrikace považována za strategii vlastní axiální vaskularizace. Konstrukt v prelaminaci je však zevně vaskularizován v intrinsicky vaskularizovaném území (Eweida et al. 2012).

Vzhledem k tomu, že rekonstrukce náročných nebo ozářených kostních defektů vyžaduje objem axiálně vaskularizované tkáně, aplikace prelaminační strategie vždy skončí pozoruhodnou morbiditou v místě dárce, kdy by celá vaskularizovaná oblast (většinou svalový lalok) měla být přenesena do místa příjemce (Mesimaki a kol., 2009; Warnke a kol., 2004). Prefabrikační technika však při aplikaci na tkáňový konstrukt znamená pouze přenos tohoto konstruktu s jeho pediklem, čímž se snižuje morbidita v místě dárce na minimum. Technika prefabrikace by navíc mohla být aplikována v místě příjemce jako primární rekonstrukční technika, která zcela zruší morbiditu místa dárce (Eweida et al. 2014; Horch et al. 2014).

Jednou z nejrozsáhleji zkoumaných technik k indukci axiální vaskularizace v tkáňových konstruktech je arterio-venózní klička nebo píštěl (Arkudas et al. 2013; Horch et al. 2012) a její převaha nad vaskulárním svazkem, pokud jde o vaskulární hustotu a tkáň regenerační potenciál byl jasně prokázán (Tanaka et al. 2003).

Předklinické údaje:

První zdokumentovaný nápad na axiální vaskularizaci pomocí AV kličky popsali Erol a Spira (Erol a Spira 1979) v roce 1979 na krysím modelu. Morrison et al dále rozvinuli model a vložili smyčku do izolačních komor (Hofer et al. 2003). Úspěšně prokázali indukci vaskularizace v polymerních a gelových matricích (Cassell et al. 2001). Od roku 2006 byl návrh a charakterizace izolačních komor a vložky AV smyčky dále rozvíjen prací Horcha et al. (Kneser et al. 2006), kde bylo inženýrství vaskularizované transplantovatelné kosti poprvé úspěšně demonstrováno touto výzkumnou skupinou . Po úspěšném vyhodnocení axiální vaskularizace u různých kostních náhrad byl koncept převeden z krysího modelu na velký zvířecí model (ovce) (Beier et al. 2011; Boos et al. 2012). Na základě tohoto modelu byla indukována axiální vaskularizace v konstruktech vyrobených ze zpracovaných bovinních spongiózních kostních náhrad a ß-TCP/HA (trikalcium-fosfát/hydroxyapatit) lešení. AV smyčka ovcí vykazovala podobné vaskularizační vzorce jako u potkana, ale optimální hustoty vaskularizace bylo dosaženo po delší době (8-12 týdnů oproti 4 týdnem v tomto pořadí) (Boos et al. 2011). Indukce novotvorby kosti v axiálně vaskularizované ovčí izolační komoře pak byla prokázána prostřednictvím implantace MSC (Mesenchymal Stem Cells) v kombinaci s osteogenním růstovým faktorem BMP na bázi klinicky použitelné kostní náhrady ß-TCP/HA (Boos et al. 2013) .

V roce 2011 vědci poprvé představili model AV Loop pro rekonstrukci dolní čelisti u koz (Eweida et al. 2012; Eweida et al. 2011). Výzkumníci mohli prokázat úspěšnou regeneraci marginálních mandibulárních defektů kritické velikosti prostřednictvím axiální vaskularizace ßTCP/HA skafoldů nabitých BMP (Bone morphogenic protein). Technika byla podrobně diskutována dříve (Eweida et al. 2014; Eweida et al. 2012; Eweida et al. 2011). Stručně řečeno, okrajový defekt kritické velikosti (3 x 2 cm) byl vytvořen v úhlu kozí mandibuly. Scaffold ekvivalentní velikosti vyrobený z ßTCP/HA byl rýhován pro umístění AV smyčky vytvořené přímou anastomózou lokálně dostupných cév pod operačním mikroskopem. Lešení bylo poté namontováno na titanovou desku a připevněno k dolní čelisti. Prostřednictvím našich srovnávacích studií mezi konstrukty AV smyčky a non-AV smyčky vykazovaly axiálně vaskularizované konstrukty významně více centrální vaskularizace a výrazně zvýšenou tvorbu centrální kosti. Biomechanické vlastnosti byly také pozoruhodně zlepšeny. Bezpečnost a účinnost modelu na preklinické úrovni byla úspěšně prokázána po dobu 6 měsíců sledování (Eweida et al. 2014).

Dosavadní klinické údaje:

Pouze dvě předchozí studie představovaly kazuistiky regenerace kraniofaciální kosti pomocí axiálně vaskularizovaných kostních náhrad (nerandomizovaná vaskularizace). První studii publikovali v roce 2004 Warnke et al. (Warnke et al. 2004) a dále vyhodnotili v roce 2006 (Warnke et al. 2006). Autoři použili k rekonstrukci rozsáhlého mandibulárního defektu techniku ​​prelaminace v LD svalu bovinních minerálních bloků (BioOss). Defekt byl rekonstruován 8 let po subtotální mandibulektomii a ozáření. Konstrukt byl naplněn BMP a autogenním aspirátem kostní dřeně z hřebene kyčelního kloubu. Přestože tato prelaminační strategie pro regeneraci dolní čelisti ukázala některé slibné počáteční výsledky, dlouhodobé výsledky nebyly bez komplikací.

Druhou zprávu publikovali v roce 2009 Mesimaki et al (Mesimaki et al. 2009), kteří uvedli podobnou techniku ​​prelaminace pro vaskularizaci kostní náhrady vyrobené z ß-TCP (beta trikalciumfosfát) v přímém břišním svalu. Vaskularizovaný konstrukt byl použit k rekonstrukci komplexního maxilárního defektu po hemimaxilektomii v důsledku velké keratocysty. Rozsáhlý přehled literatury (do 6. 2019) ukázal, že prefabrikace využívající AV smyčku nebyla nikdy použita pro regeneraci kosti v kraniofaciální oblasti.

Zavedená technika axiální vaskularizace kostních náhrad však byla úspěšně prokázána u lidí. Kazuistiku prezentovali Horch et al, kteří prokázali úspěšnou kostní regeneraci a in situ axiální vaskularizaci pomocí modelu AV smyčky u dvou pacientů s kostními defekty v radiu a tibii (Horch et al. 2014). Horch et al prokázali bezpečnou a úspěšnou techniku, povzbudivé výsledky a dobu sledování bez komplikací po dobu 72 měsíců.

Cíl:

Aplikace a posouzení techniky axiální vaskularizace kostní náhrady pomocí arteriovenózní kličky (AVL) k rekonstrukci mandibulárního defektu

Pacienti a metody:

Do této prospektivní studie bude zahrnuto deset pacientů.

Informovaný souhlas:

Pacienti budou plně orientováni prostřednictvím doloženého písemného informovaného souhlasu v arabském jazyce. Informovaný písemný souhlas bude obsahovat následující body:

• Zákrok souvisí s výzkumem (Aplikace této techniky v kraniofaciální oblasti)
• Účel tohoto výzkumu.
• Alternativní metody rekonstrukce dolní čelisti.
• Technické detaily postupu.
• Výhody a nevýhody techniky.
• Rizika postupu.
• Možné peri- a pooperační vedlejší účinky.
• Plán řízení pro možné vedlejší účinky.
• Prohlášení, že účast je dobrovolná, odmítnutí účasti nebude znamenat žádné postihy nebo ztrátu výhod, na které má pacient jinak nárok, a pacient může kdykoli ukončit účast bez sankcí nebo ztráty výhod, na které má jinak subjekt nárok.
• Vysvětlení, na koho se obrátit s žádostí o odpovědi na otázky týkající se postupu a práv pacienta a na koho se obrátit v případě poranění pacienta souvisejícího s výzkumem.

Předoperační vyšetření:

Pacient bude podroben důkladnému odebrání anamnézy a úplnému lékařskému vyšetření.

Vyšetřování bude zahrnovat:

• Rutinní laboratorní vyšetření (koagulační profil, hladina cukru v krvi nalačno, sérový kreatinin, močovina v krvi, kompletní krevní obraz)
• Panoramatický rentgenový pohled na dolní čelist
• Počítačová tomografická angiografie (CTA) oblasti hlavy a krku.
• Trojrozměrný tisk dolní čelisti a defektu pro usnadnění předoperační orientace, předohýbání dlahy a sítě

Chirurgické zákroky:

Zákrok bude proveden v celkové anestezii v poloze na zádech. Prostřednictvím submandibulárního kožního řezu bude mandibula obnažena. Defekt bude obnoven kostní kyretáží. Předtvarovaná rekonstrukční dlaha bude upevněna k dolní čelisti a procházející defektem. Předtvarovaná titanová síť ve tvaru U bude připevněna k dolní čelisti a upevněna šrouby. Ipsilaterální obličejová tepna a žíla (nebo jiné dostupné vaskulární osy v případě absence obličejové vaskulární osy) budou anastomovány pomocí operačního mikroskopu přes obrácený žilní štěp, aby se vytvořila AV smyčka získaná z předloktí. AV smyčka bude položena uvnitř defektu. Titanová síťka bude vyplněna směsí:

1. Silikované hydroxylapatitové granule (lahvička NanoBone® 1,2 ml, ARTOSS, Rostock, Německo).
2. Aspirát autogenní kostní dřeně z hřebene kyčelního kloubu.
3. Kostní morfogenní protein 2 (BMP 2- InductOs®, Medtronic BioPharma B.V., Tolochenaz, Švýcarsko) Submandibulární rána uzavřená ve vrstvách.

Sledování a hodnocení:

Pečlivé sledování vitálních funkcí pacienta, průchodnosti AV kličky (pomocí ručního dopplera) a možných perioperačních komplikací. Pacient bude propuštěn 3. den po operaci. Pacient bude pravidelně každý týden sledován pro hojení rány, průchodnost AVL a případné pooperační komplikace. Sériový rentgen (panoramatický pohled) bude prováděn měsíčně za účelem sledování novotvorby kosti. CTA bude provedena po 6 měsících.

Dle klinického a radiologického nálezu bude další stomatologická rehabilitace plánována po úplném zhojení defektu (6-9 měsíců po operaci). Kostní biopsie ze zubní rehabilitace (kostní vrtání pro implantáty) budou studovány na kvalitu kosti a vaskularizaci pomocí standardního H&E barvení po dekalcifikaci.

Kvalitativní a kvantitativní data z panoramatických rentgenových snímků, CTA a histologické analýzy budou hodnoceny pro:

1. Regenerace a hustota kostí.
2. Vaskularizace kostních náhrad. Výsledky budou tabelovány a porovnány s literaturou.

Analýza rizik:

Po úspěšném prokázání bezpečnosti a účinnosti ''techniky vaskularizace AV smyčky'' na preklinické a klinické úrovni jsme přesvědčeni, že nastal čas začít s aplikací techniky pro regeneraci dolní čelisti. Tato nová aplikace však nebude bez problémů. Velkým problémem by byly hemodynamické změny vyplývající z AV píštěle. Ačkoli podobný model nebyl v literatuře nikdy popsán, zprávy o použití distální arteriovenózní píštěle poskytují důkaz, že kontrolovaná píštěl umístěná v periferní tepně je dobře tolerována za předpokladu, že velikost píštěle je menší než 1 cm a píštěl přijímá méně než 20 procent srdečního výdeje (Blaisdell et al. 1966; Eweida et al. 2013; Horch et al. 2014; Tukiainen et al. 2006). Pokud jde o kostní denzitu a mineralizaci distálně od AV píštěle, v literatuře jsou uvedeny protichůdné výsledky od zvýšení růstu kostí (Vanderhoef et al. 1963) po sníženou mineralizaci a rozšířenou osteopenii (Muxi et al. 2009). Tyto studie se zaměřily na hemodynamiku a její vliv na růst kostí distálně od píštěle. Dlouhodobé následky intraoseální píštěle však nebyly v literatuře dostatečně studovány.

Vzhledem k počátečnímu vysokému průtoku lze očekávat časné pulzování nebo hučení. Dlouhodobé studie na preklinické úrovni však ukázaly, že cévní řečiště dozrává s časem, což vede k poklesu přímého arteriovenózního proudu (Polykandriotis et al. 2007; Polykandriotis et al. 2009).