軸方向に血管化された代用骨による下顎再建

バックグラウンド：

下顎の再建は、腫瘍切除、感染または外傷の後に必要であり、その結果、下顎弓の連続性の重大な欠損および歯の犠牲が生じる。 基本的な再建には、歯科用インプラントおよびインプラント支持の補綴物による失われた歯の修復とともに、血管新生されていない骨移植片の使用が含まれます。 より小さい骨欠損 (

組織工学と再生医療は、細胞の成長と増殖を促進する生体材料の存在に依存しています。 この生体材料 (足場) に新しい組織を配置するために、身体はこの生体材料と効果的に相互作用する必要があります。 これは、構造と機能の回復のための適切な血液供給の開発につながる早期かつ信頼性の高い血管新生応答の確立を必要とします。 (Hodde 2002) 再生に必要な 3 つの主な構成要素は、細胞、足場、誘導分子です。 体外で組織を成長させる場合 (ティッシュ エンジニアリング)、3 つのコンポーネントがすべて存在する必要がありますが、再生医療について言及する場合は、これらのいずれかを身体に提供して、自身の組織を再生する能力を最適化する試みを行うことができます。 生体材料に細胞または成長因子を追加すると、組織の再生を強化できますが (Pellegrini et al. 2009)、これらの生体材料の血管新生、したがって統合は、重大なサイズの欠損再生の成功における決定的な問題と依然として考えられています。 (Novosel et al. 2011) 頭蓋顎顔面再建の分野で再生医療の原則を適用することは、今や日常業務になっています。 適用範囲は、生物活性骨充填剤の単純な追加から、骨の置換および再建のためのより高度な技術まで多岐にわたります。 適応症には、軽度の発達障害、外傷、感染症、良性の嚢胞または腫瘍の後の再建が含まれますが、悪性腫瘍の切除後はめったにありません。 (Clokie and Sandor 2008; Schuckert et al. 2009; Trautvetter et al. 2011) Warnke et al (Warnke et al. 2004) は、以前の症例報告で使用されたものとはまったく異なる技術を使用し、再生の唯一の症例を報告しました。がん切除後。 主な技術的な違いは、再生組織の血管新生に関連していました。 報告された下顎骨再生のすべての症例は、コンストラクトが移植のレシピエント部位から寄生血液供給を獲得するために残される従来の外因性血管新生戦略を使用しましたが、Warnke et al（Warnke et al. 2004）は、広背筋 (LD) 筋肉のプレラミネーション手順と、再生された下顎骨の自由な組織移植。 この技術は骨のドナー部位の罹患率を回避しましたが、LD 筋肉を収穫する必要があることは、このプレラミネーション技術の主な欠点でした。 この単一の症例報告は、再生療法がより大きく再発性の欠陥に適用される場合、効率的に血管化された構造の必要性を強調しました。

足場の軸血管新生は、定義された専用の血管軸を介して構造体に血液供給を提供することを目的としています。 これに関連して、構築物の血液供給は移植部位からランダムに取得されるわけではないため、照射または線維化した手術部位のように、血管新生の可能性が低い領域への移植が可能になる可能性があります (Kneser et al. 2006)。 軸方向の血管新生の 2 つの主要な技術は、プレラミネーションとプレファブリケーションです。

組織コンストラクトのプレファブリケーションは、コンストラクトの下または内部に動静脈瘻またはループ (AVL) または血管ペディクルを埋め込むことによって簡単に行われます。 これにより、ループまたは椎弓根からの血管の自発的な発芽と、それに続く組織構造全体の血管再生が起こります (Erol and Spira 1979; Guo and Pribaz 2009)。 プレラミネーションは、1994 年に Pribaz と Fine (Pribaz と Fine 1994) によって導入された別の手法であり、カスタマイズされた血管化されたユニットを作成するために血管化領域 (フラップ) への構築物の移植が実行されます。 両方の技術の最終結果は、定義された血管軸に栄養を依存する軸方向に血管化されたユニットです。

このコンテキストで言及する 2 つの重要な用語は、「内因性」および「外因性」血管新生モードです。 コンストラクトの外因性血管新生は、末梢から中心に向かって血液供給を獲得することを意味し、内因性血管新生モードは、コンストラクトのコア領域が最初に血管新生されることを示します (Lokmic and Mitchell 2008)。 したがって、プレハブは本質的な軸方向の血管新生戦略と見なされます。 しかし、プレラミネーションの構築物は、本質的に血管新生された領域内で外因的に血管新生されます (Eweida et al. 2012)。

挑戦的または照射された骨欠損の再構築には、軸方向に血管新生された組織バルクが必要であるため、プレラミネーション戦略を適用すると、血管新生領域全体（主に筋肉フラップ）がレシピエント部位に移されるべきである顕著なドナー部位の罹患率に常に終わります（Mesimaki et al. 2009; Warnke et al. 2004)。 しかしながら、プレファブリケーション技術は、組織構築物に適用される場合、この構築物とその椎弓根の移動のみを伴うため、ドナー部位の罹患率が最小限に抑えられます。 さらに、プレファブリケーション技術は、一次再建技術としてレシピエント部位に適用でき、ドナー部位の罹患率を完全になくすことができます (Eweida et al. 2014; Horch et al. 2014)。

組織構築物で軸方向の血管新生を誘導するために最も広く研究されている手法の 1 つは、動静脈ループまたは瘻 (Arkudas et al. 2013; Horch et al. 2012) であり、血管密度と組織の点で血管束よりも優れています。再生の可能性が明確に示されました (Tanaka et al. 2003)。

前臨床データ:

AV ループを使用した軸方向の血管新生に関する最初の文書化されたアイデアは、1979 年にラット モデルで Erol と Spira (Erol と Spira 1979) によって記述されました。 Morrison らはさらにモデルを開発し、ループを隔離チャンバーに挿入しました (Hofer et al. 2003)。 彼らは、ポリマーおよびゲルマトリックスにおける血管新生の誘導を首尾よく実証した(Cassell et al. 2001)。 2006 年以来、アイソレーション チャンバーの設計と特徴付け、および AV ループのインセットは、Horch らの研究によってさらに開発され (Kneser et al. 2006)、この研究グループによって血管化された移植可能な骨の工学が最初に実証されました。 . さまざまな代用骨における軸方向の血管新生の評価が成功した後、その概念はラット モデルから大型動物モデル (ヒツジ) に変換されました (Beier et al. 2011; Boos et al. 2012)。 そのモデルに基づいて、処理されたウシの海綿骨代替物とβ-TCP / HA（リン酸三カルシウム/ヒドロキシアパタイト）足場で作られた構築物で軸方向の血管新生が誘導されました。 ヒツジの AV ループは、ラットと同様の血管新生パターンを示しましたが、より長い期間の後に最適な血管新生密度に達しました (それぞれ 8 ～ 12 週間対 4 週間) (Boos et al. 2011)。 次に、軸方向に血管が発達したヒツジの隔離チャンバーでの新しい骨形成の誘導は、臨床的に適用可能なβ-TCP/HA 骨代用物に基づく骨形成成長因子 BMP と組み合わせた MSC (間葉系幹細胞) の移植によって実証されました (Boos et al. 2013)。 .

2011 年に研究者は、ヤギの下顎再建のために初めて AV ループ モデルを導入しました (Eweida et al. 2012; Eweida et al. 2011)。 研究者らは、BMP (骨形態形成タンパク質) を充填した βTCP/HA 足場の軸方向の血管新生を通じて、臨界サイズの下顎骨欠損の再生に成功したことを示すことができました。 この手法については、以前に詳細に説明しました (Eweida et al. 2014; Eweida et al. 2012; Eweida et al. 2011)。 簡単に言えば、重要なサイズ (3 x 2 cm) の辺縁欠損がヤギの下顎骨の角度で作成されました。 βTCP/HA 製の同等サイズの足場は、手術用顕微鏡下で局所的に利用可能な血管の直接吻合によって作成された AV ループを収容するために溝が付けられました。 次に、足場をチタンプレートに取り付け、下顎骨に固定しました。 AV ループと非 AV ループ コンストラクトの間の比較研究を通じて、軸方向に血管新生されたコンストラクトは、より多くの中心血管新生と著しく強化された中心骨形成を示しました。 生体力学的特性も著しく強化されました。 前臨床レベルでのモデルの安全性と有効性は、6 か月の追跡期間に沿って首尾よく実証されました (Eweida et al. 2014)。

現在までの臨床データ:

軸方向に血管新生された代用骨 (非ランダム化血管新生) を使用した頭蓋顔面骨再生の症例報告を表した先行研究は 2 つだけでした。 最初の研究は 2004 年に Warnke らによって発表され (Warnke et al. 2004)、2006 年にさらに評価されました (Warnke et al. 2006)。 著者らは、ウシミネラルブロック (BioOss) の LD 筋肉でプレラミネーション技術を使用して、大きな下顎欠損を再構築しました。 欠損は、下顎亜全摘出術および放射線照射の 8 年後に再建されました。 コンストラクトには、BMP および腸骨稜からの自家骨髄吸引液が充填されていました。 下顎再生のためのこのプレラミネーション戦略は、いくつかの有望な初期結果を示しましたが、長期的な結果には合併症がありませんでした。

2 番目のレポートは、2009 年に Mesimaki ら (Mesimaki et al. 2009) によって公開され、腹直筋の β-TCP (ベータリン酸三カルシウム) で作られた代用骨を血管新生するための同様のプレラミネーション技術を報告しました。 血管新生構造を使用して、大きな角化嚢胞による片側上顎切除術後の複雑な上顎欠損を再構築しました。 文献の広範なレビュー (2019 年 6 月まで) によると、AV ループを使用したプレファブリケーションは、頭蓋顔面領域内の骨再生に使用されたことはありません。

しかしながら、代用骨の軸方向血管新生の導入された技術は、ヒトにおいて首尾よく実証された。 橈骨と脛骨に骨欠損のある 2 人の患者で、AV ループモデルを使用して、成功した骨再生と in situ 軸血管新生を実証した Horch らによって症例報告が提示されました (Horch et al. 2014)。 Horch らは、安全で成功した技術、有望な結果、および合併症のない 72 か月のフォローアップ期間を実証しました。

標的：

下顎欠損を再建するための動静脈ループ (AVL) を使用した代用骨の軸方向血管新生技術の適用と評価

患者と方法:

この前向き研究には10人の患者が含まれます。

インフォームドコンセント：

患者は、アラビア語で文書化された書面によるインフォームドコンセントを通じて完全に方向付けられます。 書面によるインフォームド コンセントには、次の点が含まれます。

• 手順は研究に関連しています（頭蓋顔面領域でのこの技術の応用）
• この研究の目的。
• 下顎再建のための代替方法。
• 手順の技術的な詳細。
• テクニックの長所と短所。
• 手順のリスク。
• 考えられる術中および術後の副作用。
• 考えられる副作用の管理計画。
• 参加は任意であり、参加を拒否しても罰則や患者が受ける権利を失うことはなく、患者はいつでも参加を中止することができ、被験者が受ける権利がある罰則や利益を失うことはないという声明
• 手順と患者の権利に関する質問への回答を求める連絡先、および研究に関連して患者が負傷した場合の連絡先についての説明。

術前評価:

患者は徹底的な病歴聴取と完全な健康診断を受けます。

調査には以下が含まれます。

• ルーチンの検査室精密検査 (凝固プロファイル、空腹時血糖、血清クレアチニン、血中尿素、全血球計算)
• 下顎のパノラマ X 線ビュー
• 頭頸部領域のコンピューター断層撮影血管造影 (CTA)。
• 下顎骨と欠損部の 3 次元印刷により、術前のオリエンテーション、プレートとメッシュの事前曲げを容易にします。

外科処置：

手術は全身麻酔下、仰臥位で行います。 顎下皮膚切開により、下顎骨が露出します。 欠損は、骨掻爬によってリフレッシュされます。 事前に形成された再建プレートは、下顎骨に固定され、欠損を横断します。 事前に形成された U 字型のチタン メッシュを下顎に取り付け、ネジで固定します。 同側の顔面動脈と静脈 (または顔面血管軸がない場合は他の利用可能な血管軸) は、前腕から採取した AV ループを作成するために、逆の静脈グラフトを介して手術用顕微鏡を使用して吻合されます。 AV ループは欠陥内に配置されます。 チタン メッシュには、次の混合物が充填されます。

1. ケイ酸ヒドロキシアパタイト顆粒 (NanoBone® バイアル 1.2 ml、ARTOSS、ロストック、ドイツ)。
2. 腸骨稜からの自家骨髄吸引。
3. 骨形態形成タンパク質 2 (BMP 2- InductOs®、Medtronic BioPharma B.V.、Tolochenaz、スイス) 顎下の傷は層状に閉じました。

フォローアップと評価:

バイタル サイン、AV ループの開通性 (ハンドドップラーによる)、周術期の合併症の可能性について、患者を綿密に監視します。 術後3日目に退院となります。 患者は毎週定期的にフォローアップされ、創傷治癒、AVLの開存性、および術後合併症の可能性があります。 新しい骨の形成を監視するために、連続 X 線 (パノラマ ビュー) が毎月行われます。 CTA は 6 か月後に実行されます。

臨床的および放射線学的所見によると、欠陥が完全に治癒した後（術後6〜9か月）、さらなる歯科リハビリテーションが計画されます。 歯科リハビリテーション (インプラントのための骨掘削) からの骨生検は、脱灰後に標準的な H&E 染色を使用して、骨の質と血管新生について研究されます。

パノラマ X 線、CTA、および組織学的分析からの定性的および定量的データは、以下について評価されます。

1. 骨の再生と密度。
2. 代用骨の血管新生。 結果は表にまとめられ、文献と比較されます。

リスク分析:

前臨床および臨床レベルでの「AV ループ血管新生法」の安全性と有効性の実証に成功した後、下顎骨再生のための技術の適用を開始する時が来たと考えています。 ただし、この新しいアプリケーションには課題がないわけではありません。 主な関心事は、房室瘻に起因する血行動態の変化です。 同様のモデルが文献で報告されたことはありませんが、遠位動静脈瘻の使用に関する報告は、瘻のサイズが 1 cm 未満であり、瘻が心拍出量の 20% 未満を受け入れる (Blaisdell et al. 1966; Eweida et al. 2013; Horch et al. 2014; Tukiainen et al. 2006)。 房室瘻の遠位の骨密度と石灰化に関して、骨成長の増加 (Vanderhoef et al. 1963) から石灰化の減少と骨減少症の増加 (Muxi et al. 2009) まで、矛盾する結果が文献に示されています。 これらの研究は、血行動態と瘻の遠位の骨成長への影響に焦点を当てていました。 しかし、骨内瘻の長期的な影響は、文献では十分に研究されていませんでした。

初期の高流量により、早い段階でズキズキする感覚やハム音が予想されます。 しかし、前臨床レベルでの長期研究は、血管床が時間とともに成熟し、直接動静脈ジェットの放出を引き起こすことを示しています (Polykandriotis et al. 2007; Polykandriotis et al. 2009)。