Tissue engineering en reconstructieve chirurgie voor ernstige congenitale afwijkingen

Relevantie: Kinderen met blaasextrofie of spina bifida behoeven intensieve medische follow-up en vormen een belangrijk deel van de kinderurologische patiëntengroep. Bij blaasextrofie zijn de blaas, blaassfincter, urethra en symfyse opengespleten, en is de blaasplaat zeer klein en fibrotisch (fig. 1A). De incidentie van blaasextrofie is 1 per 10.000-50.000 levendgeborenen. De belangrijkste problemen zijn de blaasfunctie, 30-50% incontinentie ondanks meerdere operaties, en nierfunctieverlies door slechte blaasfunctie. Veel patiënten hebben een blaasaugmentatie nodig om de capaciteit te vergroten. De huidige techniek, gebruikmakend van darmweefsel, laat veel complicaties zien (cumulatief risico 22-49%) zoals infecties, metabole verstoringen, steen- en slijmvorming, urinelekkage, perforaties en zelfs maligne degeneratie. Patiënten met een spina bifida aperta hebben een sluitingsdefect van wervelkolom, spieren en huid, met expositie van het ruggenmerg (fig. 2A). De belangrijke problemen zijn gestoorde blaas- en beenfunctie, anorectale disfunctie en hydrocephalus. De incidentie is 1 per 2.000 levendgeborenen. Probleemstelling: Ondanks grote operaties en intensieve medische behandeling zijn patiënten met blaasextrofie en spina bifida vaak nog ernstig geïnvalideerd en nieuwe innovatieve technieken zijn nodig om de huidige klinische resultaten te verbeteren. Tissue engineering met reconstructieve chirurgie biedt hiervoor een mogelijkheid. -Blaasextrofie: Tissue engineering is gebruikt om blaasweefsel te regenereren in gezonde dieren. Recent onderzoek toonde aan dat regeneratie bij ‘ziek’ blaasweefsel slechtere resultaten geeft dan bij gezond blaasweefsel. Om de resultaten extrapoleerbaar te maken naar de patiënt is dus een nieuw model nodig om blaasweefselregeneratie te onderzoeken. In voorgaand onderzoek hebben we een foetaal diermodel voor blaasextrofie ontwikkeld met grote overeenkomst met kinderen met deze aandoening (fig. 1B-D). Dit unieke model zal gebruikt worden voor de onderzoeksvraag hoe blaasregeneratie met behulp van tissue-engineering plaatsvindt in deze doelgroep. Om grotere delen te regenereren, zodat de blaascapaciteit afdoende toeneemt, en fibrose en necrose te voorkomen, is verfijning van de biomatrix nodig. Hierbij is van belang dat versnelde en verbeterde neovascularisatie optreedt, zodat nutriënten afdoende aangeleverd kunnen worden, en dat ook weefselingroei wordt versneld. Aanpassing van de collageen-structuur en de incorporatie van groeifactoren is een oplossing en zal bestudeerd worden. -Spina bifida: In experimentele humane studies wordt getracht intra-uterien het defect bij spina bifida aperta af te dekken met eigen huid om secundaire schade die ontstaat tijdens de intra-uteriene periode te voorkomen. De resultaten zijn bemoedigend, maar verbetering van de techniek is vereist om ernstige complicaties als premature bevalling te verminderen. In voorgaand onderzoek hebben we een foetaal diermodel ontwikkeld voor spina bifida en tevens het defect afgedicht met een collageen-biomatrix, wat een geheel nieuwe benadering is (fig. 2B+C). In de biomatrix groeien lichaamseigen cellen in, leidend tot huidweefselregeneratie en afbraak van de biomatrix. Bij geboorte was de neurologische schade sterk verminderd (fig. 2D+E). Deze methode is een sterke vereenvoudiging van de operatie, waardoor het complicatierisico zal afnemen. Belangrijke vraagstelling bij het herstel van een spina bifida met biomatrices is of de oplossing ook op de lange termijn zonder complicaties blijft, of dat er door mogelijke adhesies met het neurale weefsel een extra operatie nodig is. Tevens zal ook voor huidweefsel een gemodificeerde biomatrix ontwikkeld worden om ook grotere huiddefecten afdoende te herstellen. Plan van aanpak: De bestaande biomatrix van collageen (fig. 3A) wordt gemodificeerd door aanpassingen aan de collageen-structuur en incorporatie van groeifactoren EGF (urotheel), FGF2 (gladde spiercel en fibroblasten), VEGF (neovascularisatie) en FGF7 (keratinocyten en fibroblasten). De invloed hiervan wordt in-vitro getest door blaas- (urotheel, gladde spiercellen) en huidcellen (keratinocyten, fibroblasten) op deze matrices aan te brengen en celproliferatie en differentiatie te evalueren. In het diermodel voor blaasextrofie, wordt de blaas postnataal hersteld met behulp van een collageen biomatrix en vergeleken met inhechting van een biomatrix in een gezonde blaas middels functioneel en histogisch onderzoek. Tevens wordt het effect van de gemodificeerde biomatrix onderzocht. In een foetaal model waarbij huiddefecten worden aangebracht zal huidregeneratie met de collageen-biomatrix vergeleken worden met de gemodificeerde biomatrix. Vervolgens wordt in het model voor spina bifida aperta het defect hersteld met de beste biomatrix. Postnataal wordt op verschillende tijdstippen neurologisch en histologisch onderzoek verricht voor beoordeling of verdere postnatale ingrepen nodig zouden zijn na een prenatale hersteloperatie.