Биоинженерные импланты на основе мезенхимных стромальных клеток в восстановлении повреждений голосовых складок и барабанной перепонки (пилотные экспериментальные результаты)

Введение. Одним из наиболее актуальных вопросов современной оториноларингологии является проблема формирования стойких дефектов голосовых связок и барабанной перепонки. Такое положение вещей связано с разнообразием причин, вызывающих развитие данных состояний, а также с тем, что лечение данных процессов, как правило, представляет собой технически сложную задачу и не всегда является эффективным.

Цель. Оценить возможности применения биоинженерных имплантов (БП) на основе мезенхимных стромальных клеток (МСК), полиэтиленгликолевого фибринового геля (ПЭГ-фибринового геля) и коллагеновой матрицы для восстановления дефектов вибрирующих тканей лор-органов – голосовых складок и барабанной перепонки.

Материалы и методы. Для эксперимента по восстановлению голосовой складки были отобраны 6 кроликов, разделенных поровну на 2 группы. После формирования рубца голосовой складки производилось имплантирование биоэквивалента: сфероиды на основе МСК + ПЭГ-фибриновый гель (группа – сфероиды ГС, n = 3) в объеме 0,5 мл, для группы контроля роль биоэквивалента выполнял физиологический раствор (группа – контроль ГС, n = 3). Для эксперимента по восстановлению барабанной перепонки были отобраны 6 шиншилл, разделенных поровну на 2 группы. Первым этапом создавалась стойкая перфорация, на которой либо не проводилось вмешательство (группа – контроль БП, n = 3), либо перфорация закрывалась с использованием биоэквивалента на основе сфероидов МСК, ПЭГ-фибринового геля и коллагеновой матрицы (группа – сфероиды БП, n = 3).

Результаты и обсуждение. При морфологическом исследовании определялось более полное восстановление структуры ткани в группах воздействия по сравнению с контрольными группами.

Выводы. Имплантация разработанных биоэквивалентов в места повреждения голосовых складок и барабанных перепонок приводит к формированию ткани, морфологически приближающейся к строению интактных структур.

1. Seonwoo H, Kim SW, Kim J, Chunjie T, Lim KT, Kim YJ et al. Regeneration of chronic tympanic membrane perforation using an EGF-releasing chitosan patch. Tissue Eng Part A. 2013;19(17-18):2097–2107. https://doi.org/10.1089/TEN.TEA.2012.0617.

2. Rana AK, Upadhyay D, Yadav A, Prasad S. Correlation of Tympanic Membrane Perforation with Hearing Loss and Its Parameters in Chronic Otitis Media: An Analytical Study. Indian J Otolaryngol Head Neck Surg. 2020;72(2):187–193. https://doi.org/10.1007/s12070-019-01740-9.

3. Hussain Z, Pei R. Necessities, opportunities, and challenges for tympanic membrane perforation scaffolding-based bioengineering. Biomed Mater. 2021;16(3). https://doi.org/10.1088/1748-605X/ABCF5D.

4. Aleemardani M, Bagher Z, Farhadi M, Chahsetareh H, Najafi R, Eftekhari B et al. Can Tissue Engineering Bring Hope to the Development of Human Tympanic Membrane? Tissue Eng Part B Rev. 2021;27(6):572–589. https://doi.org/10.1089/TEN.TEB.2020.0176.

5. Нажмудинов ИИ, Вавин ВВ, Давудов ХШ, Гаращенко ТИ, Давудова БХ, Магомедова КМ, Хоранова МЮ. Варианты хирургического лечения рубцовых стенозов среднего (складкового) отдела гортани. Медицинский совет. 2019;(21):118–125. https://doi.org/10.21518/2079-701X-2019-21-118-125.

6. Гаращенко ТИ, Назарочкин ЮВ, Бойкова НЭ, Стройков МА, Аведисян ВЭ. Осложнения интубации трахеи и трахеотомии после длительной искусственной вентиляции легких у детей. Вопросы практической педиатрии. 2015;10(5):68–72. Режим доступа: https://www.phdynasty.ru/katalog/zhurnaly/voprosy-prakticheskoy-pediatrii/2015/tom-10-nomer-5/26761.

7. Friedrich G, Dikkers FG, Arens C, Remacle M, Hess M, Giovanni A et al. Vocal fold scars: Current concepts and future directions. Consensus report of the phonosurgery committee of the European laryngological society. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2013;270(9):2491–2507. https://doi.org/10.1007/S00405-013-2498-9.

8. Hantzakos A, Dikkers FG, Giovanni A, Benninger MS, Remacle M, Sjögren EV, Woo P. Vocal fold scars: a common classification proposal by the American Laryngological Association and European Laryngological Society. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2019;276(8):2289–2292. https://doi.org/10.1007/s00405-019-05489-3.

9. Hirano S. Current treatment of vocal fold scarring. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 2005;13(3):143–147. https://doi.org/10.1097/01.moo.0000162261.49739.b7.

10. Ремакль М, Эккель ХЭ, Янова ЮК (ред.). Хирургия гортани и трахеи. М.: БИНОМ; 2014. 198 с. Режим доступа: https://glavkniga.su/filecont/50071.pdf

11. Maharajan N, Cho GW, Jang CH. Application of mesenchymal stem cell for tympanic membrane regeneration by tissue engineering approach. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2020;133. https://doi.org/10.1016/J.IJPORL.2020.109969.

12. Azimi B, Milazzo M, Danti S. Cellulose-Based Fibrous Materials From Bacteria to Repair Tympanic Membrane Perforations. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:669863. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.669863.

13. Fisch U, May JS, Linder T. Tympanoplasty, Mastoidectomy, and Stapes Surgery, 2nd edn. Ann R Coll Surg Engl. 2010;92(1):81. Available at: https://www.researchgate.net/publication/317058345_Tympanoplasty_Mastoidectomy_and_Stapes_Surgery_2nd_edn.

14. Zahnert T, Bornitz M, Hüttenbrink KB. Acoustic and mechanical properties of tympanic membrane transplants. Laryngorhinootologie. 1997;76(12):717–723. https://doi.org/10.1055/S-2007-997513.

15. Heermann H. Tympanoplasty with fascial tissue taken from the temporal muscle after straightening the anterior wall of the auditory meatus. HNO. 1961;9:136–137. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13712731/.

16. Villar-Fernandez MA, Lopez-Escamez JA. Outlook for Tissue Engineering of the Tympanic Membrane. Audiol Res. 2015;5(1):117. https://doi.org/10.4081/AUDIORES.2015.117.

17. Крюков АИ, Гуров АВ, Кирасирова ЕА, Кулабухов ЕВ. Современные методы профилактики и терапии осложнений при реконструктивной хирургии у пациентов со стенозом гортани и трахеи. Вестник оториноларингологии. 2019;84(6)48–53. https://doi.org/10.17116/otorino20198406148.

18. Benninger MS, Alessi D, Archer S, Bastian R, Ford C, Koufman J et al. Vocal fold scarring: current concepts and management. Otolaryngol Head Neck Surg. 1996;115(5):474–482. https://doi.org/10.1177/019459989611500521.

19. Remacle M, Lawson G, Hedayat A, Trussart C, Jamart J. Medialization framework surgery for voice improvement after endoscopic cordectomy. Eur Arch Otorhino­ laryngol. 2001;258(6):267–271. https://doi.org/10.1007/s004050100350.

20. Martínez Arias À, Remacle M, Lawson G. Treatment of vocal fold scar by carbon dioxide laser and collagen injection: retrospective study on 12 patients. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2010;267(9):1409–1414. https://doi.org/10.1007/s00405-010-1231-1.

21. Finck CL, Harmegnies B, Remacle A, Lefebvre P. Implantation of esterified hyaluronic acid in microdissected Reinke’s space after vocal fold microsurgery: shortand long-term results. J Voice. 2010;24(5):626–635. https://doi.org/10.1016/J.JVOICE.2008.12.015.

22. Mortensen MM, Woo P, Ivey C, Thompson C, Carroll L, Altman K. The Use of the Pulse Dye Laser in the Treatment of Vocal Fold Scar: A Preliminary Study. Laryngoscope. 2008;118(10):1884–1888. https://doi.org/10.1097/MLG.0b013e31817d7546.

23. Neuenschwander MC, Sataloff RT, Abaza MM, Hawkshaw MJ, Reiter D, Spiegel JR. Management of Vocal Fold Scar with Autologous Fat Implantation. J Voice. 2001;15(2):295–304. https://doi.org/10.1016/S0892-1997(01)00031-5.

24. Sataloff RT, Spiegel JR, Heuer RJ, Baroody MM, Emerich KA, Hawkshaw MJ, Rosen DC. Laryngeal mini-microflap: a new technique and reassessment of the microflap saga. J Voice. 1995;9(2):198–204. https://doi.org/10.1016/S0892-1997(05)80253-X.

25. Schneider B, Denk D, Bigenzahn W. Functional Results After External Vocal Fold Medialization Thyroplasty With the Titanium Vocal Fold Medialization Implant. Laryngoscope. 2003;113(4):628–634. https://doi.org/10.1097/00005537-200304000-00008.

26. Sulica L, Rosen CA, Postma GN, Simpson B, Amin M, Courey M, Merati A. Current practice in injection augmentation of the vocal folds: indications, treatment principles, techniques, and complications. Laryngoscope. 2010;120(2):319–325. https://doi.org/10.1002/LARY.20737.

27. Tsunoda K, Kondou K, Kaga K, Niimi S, Baer T, Nishiyama K, Hirose H. Autologous Transplantation of Fascia into the Vocal Fold: Long‐Term Result of Type‐1 Transplantation and the Future. Laryngoscope. 2005;115(S108):1–10. https://doi.org/10.1097/01.mlg.0000183966.72921.31.

28. Вавин ВВ, Давудов ХШ, Гаращенко ТИ, Юнусов АС, Нажмудинов ИИ, Поляков ДП. Использование СО2-лазера в эндоларингеальной хирургии постинтубационных стенозов гортани у детей. Вопросы практической пе­ диатрии. 2019;14(5):34–38. https://doi.org/10.20953/1817-7646-2019-5-34-38.

29. Вавин ВВ, Нажмудинов ИИ, Давудов ХШ, Гаращенко ТИ, Давудова БХ, Магомедова КМ, Хоранова МЮ. Микрохирургия хронических постинтубационных стенозов гортани с использованием СО2-лазера. Медицинский совет. 2020;(6):132–138. https://doi.org/10.21518/2079-701X-2020-6-132-138.

30. Вавин ВВ, Нажмудинов ИИ, Давудов ХШ, Гаращенко ТИ, Давудова БХ, Магомедова КМ, Хоранова МЮ. Особенности применения СО2-лазера при хирургическом лечении хронических рубцовых стенозов гортани. Медицинский совет. 2020;(6):108–113. https://doi.org/10.21518/2079-701X-2020-6-108-113.

31. Нажмудинов ИИ, Гусейнов ИГ, Давудов ХШ, Магомедова КМ, Вавин ВВ, Давудова БХ и др. Cпособ лечения рубцового стеноза голосового отдела гортани в области передней комиссуры. Патент RU 2729354 С1, 05.12.2019. Режим доступа: https://i.moscow/patents/ru2729354c1_20200807.

32. Захарова МЛ, Павлов ПВ. Cпособ ларинготрахеопластики при сочетанных межголосовых и подголосовых стенозах гортани. Патент RU 2665458 С1, 29.08.2018. Режим доступа: https://patenton.ru/patent/RU2665458C1.pdf.

33. Крюков АИ, Кунельская НЛ, Кирасирова ЕА, Пиминиди ОК, Лафуткина НВ, Мамедов РФ. Способ послеоперационного протезирования голосового отдела гортани после ларингопластики и стент для его осуществления. Патент RU 2609777 С, 03.02.2017. Режим доступа: https://i.moscow/patents/ru2609777c1_20170203.

34. Цветков ЭА, Павлов ПВ, Попов АВ. Способ лечения мембран гортани и эндопротез для его осуществления. Патент RU 2153300 С2, 27.07.2000. Режим доступа: https://patents.google.com/patent/RU2153300C2/ru.

35. Graupp M, Bachna-Rotter S, Gerstenberger C, Friedrich G, Fröhlich-Sorger E, Kiesler K, Gugatschka M. The unsolved chapter of vocal fold scars and how tissue engineering could help us solve the problem. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2016;273(9):2279–2284. https://doi.org/10.1007/s00405-015-3668-8.

36. Mattei A, Magalon J, Bertrand B, Philandrianos C, Veran J, Giovanni A. Cell therapy and vocal fold scarring. Eur Ann Otorhinolaryngol Head Neck Dis. 2017;134(5):339–345. https://doi.org/10.1016/j.anorl.2017.06.006.

37. Свистушкин ВМ, Старостина СВ, Люндуп АВ, Дедова МГ, Будейкина ЛС, Свистушкин МВ и др. Возможности клеточных технологий в лечении рубцовых поражений голосовых складок. Вестник Российской академии медицинских наук. 2016;71(3):190–199. https://doi.org/10.15690/vramn586.

38. Li L, Stiadle JM, Lau HK, Zerdoum AB, Jia X, Thibeault SL, Kiick KL.Tissue engineering-based therapeutic strategies for vocal fold repair and regeneration. Biomaterials. 2016;108:91–110. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2016.08.054.

39. Ohno S, Hirano S, Kanemaru S, Kitani Y, Kojima T, Tateya I et al. Implantation of an atelocollagen sponge with autologous bone marrowderived mesenchymal stromal cells for treatment of vocal fold scarring in a canine model. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2011;120(6):401–408. https://doi.org/10.1177/000348941112000610.

40. Kanemaru S, Nakamura T, Omori K, Kojima H, Magrufov A, Hiratsuka Y et al. Regeneration of the vocal fold using autologous mesenchymal stem cells. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2003;112(11):915–920. https://doi.org/10.1177/000348940311201101.

41. Lee BJ, Wang SG, Lee JC, Jung JS, Bae YC, Jeong HJ et al. The prevention of vocal fold scarring using autologous adipose tissue-derived stromal cells. Cells Tissues Organs. 2006;184(3-4):198–204. https://doi.org/10.1159/000099627.

42. Hiwatashi N, Hirano S, Suzuki R, Kawai Y, Mizuta M, Kishimoto Y et al. Comparison of ASCs and BMSCs combined with atelocollagen for vocal fold scar regeneration. Laryngoscope. 2016;126(5):1143–1150. https://doi.org/10.1002/LARY.25667.

43. Park H, Karajanagi S, Wolak K, Aanestad J, Daheron L, Kobler JB et al. Threedimensional hydrogel model using adipose-derived stem cells for vocal fold augmentation. Tissue Eng Part A. 2010;16(2):535–543. https://doi.org/10.1089/TEN.TEA.2009.0029.

44. Long JL, Neubauer J, Zhang Z, Zuk P, Berke GS, Chhetri DK. Functional testing of a tissue-engineered vocal fold cover replacement. Otolaryngol Head Neck Surg. 2010;142(3):438–440. https://doi.org/10.1016/J.OTOHNS.2009.11.020.

45. Remacle M, Eckel HE (eds.). Surgery of Larynx and Trachea. Springer; 2010. 308 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-79136-2.

46. Jang CH, Cho YB, Yeo M, Lee H, Min EJ, Lee BH, Kim GH. Regeneration of chronic tympanic membrane perforation using 3D collagen with topical umbilical cord serum. Int J Biol Macromol. 2013;62:232–240. https://doi.org/10.1016/J.IJBIOMAC.2013.08.049.

47. Kanemaru SI, Kanai R, Omori K, Yamamoto N, Okano T, Kishimoto I et al. Multicenter phase III trial of regenerative treatment for chronic tympanic membrane perforation. Auris Nasus Larynx. 2021;48(6):1054–1060. https://doi.org/10.1016/J.ANL.2021.02.007.

48. Kim SH, Jeong JY, Park HJ, Moon BM, Park YR, Lee OJ et al. Application of a Collagen Patch Derived from Duck Feet in Acute Tympanic Membrane Perforation. Tissue Eng Regen Med. 2017;14(3):233–241. https://doi.org/10.1007/S13770-017-0039-0.

49. Teh BM, Marano RJ, Shen Y, Friedland PL, Dilley RJ, Atlas MD. Tissue engineering of the tympanic membrane. Tissue Eng Part B Rev. 2013;19(2):116–132. https://doi.org/10.1089/TEN.TEB.2012.0389.

50. Li X, Zhang H, Zhang Y. Repair of large traumatic tympanic membrane perforation using ofloxacin otic solution and gelatin sponge. Braz J Otorhinolaryngol. 2022;88(1):9–14. https://doi.org/10.1016/J.BJORL.2020.03.007.

51. Rezvani Ghomi E, Nourbakhsh N, Akbari Kenari M, Zare M, Ramakrishna S. Collagen-based biomaterials for biomedical applications. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2021;109(12):1986–1999. https://doi.org/10.1002/JBM.B.34881.

52. Svistushkin MV, Kotova S, Shpichka A, Starostina S, Shekhter A, Bikmulina P et al. Stem cell therapy for vocal fold regeneration after scarring: a review of experimental approaches. Stem Cell Res Ther. 2022;13:176. https://doi.org/10.1186/S13287-022-02853-9.

53. Mokoyan Z, Svistushkin V, Zolotova A, Svistushkin M. Chronic tympanic membrane perforation: Histopathological evidence of the experimental model. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2021;151:110964. https://doi.org/10.1016/J.IJPORL.2021.110964.