尿路上皮マイクログラフトにおける細胞の挙動と微小分子コミュニケーションに関する洞察

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13589 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

自家マイクロ移植は現在、皮膚創傷治癒に適用されている技術であるが、膀胱を含む上皮内層を有する他の臓器の外科的矯正への使用の可能性はほとんど解明されていない。 現在、マイクログラフトの拡大の可能性と、マイクログラフトされた尿路上皮細胞で起こる微分子事象についてはほとんどわかっていません。 この研究では、さまざまなサイズのブタ尿路上皮マイクログラフトの増殖能を in vitro で評価し、さらに尿路上皮マイクログラフトがどのように通信し、どの微小細胞イベントが誘発されるかを調査することを目的としました。 我々は、組織断片化の増加により、その後、増殖細胞の収量と細胞拡大の可能性が増強されることを実証し、これは皮膚上皮の微細移植原理が尿路上皮にも当てはまることを裏付けるものである。 さらに、細胞外シグナル調節キナーゼ（ERK）経路の発現を標的とし、ERKの活性化が主にマイクログラフトの境界で起こり、ERKの阻害が尿路上皮の移動と増殖の減少につながることを実証しました。 最後に、我々はマイクログラフト培養培地から細胞外小胞を単離することに成功し、その内容と濃縮されたさまざまな生物学的プロセスにおける関連性を評価しました。 私たちの発見は、泌尿器科再建手術のための将来の組織工学モデルに尿路上皮マイクログラフトを適用する可能性を実証し、さらに、将来の創傷治癒治療の潜在的な標的として特定のメカニズムを強調しています。

泌尿器生殖器の先天奇形は、多くの場合、人生の早い段階で再建外科的介入を必要としますが、機能的な解剖学的構造を回復するために必要な健康な移植片組織の欠如により、これらの処置が妨げられることがよくあります。 従来の外科的戦略には、他の臓器系、主に消化器系から採取した天然組織からの皮弁または移植片の使用が含まれますが、狭窄、感染症、さらには悪性転換などの副作用を犠牲にすることがよくあります1、2、3、4、5。 。 ここ数十年にわたり、外科的および術後の治療結果を最適化するために、さまざまな組織工学的移植片が導入されてきました6,7。 無細胞移植は以前より狭窄や瘢痕組織の形成が起こりやすいと考えられていたため、移植の成功に関連する重要な要因の 1 つは細胞を含むマトリックスの使用に関連しています 8、9、10、11。

自家マイクログラフトでは健康な天然組織を利用し、機械的断片化後に採取して再移植します。 マイクログラフトの原理を初めて証明したものとして、形成外科医の C. パーカー・ミーク博士は 1958 年に 14 歳の少女の重度の皮膚熱傷の治療にマイクログラフトを使用したことを報告しました。患者は機械的に切り刻まれた天然の部分移植片を移植することに成功しました。厚さの皮膚片（つまり、マイクログラフト）が彼女の傷の上に均等に分布していました。 Meek は、グラフトの表面積 (つまり、マイクログラフトの創傷端) を増加させることでグラフト組織の拡張が強化され、そこからケラチノサイトが横方向に拡張する可能性があると仮説を立てました 12。 したがって、正方形の皮膚移植片を垂直に 4 つの小さな断片に分割すると、表面積が 100% 増加する可能性があり、したがって、この増加した成長表面積は普遍的な公式で説明できます (図 1)。

マイクログラフトの拡張の可能性。 ミークの理論に従ったマイクログラフトの基本原理、および組織の断片化と拡張可能性の間の数値関係の概略図。

これらの手段により、少量の移植組織を使用してより大きな創傷領域を覆うことができ、移植組織の量が特に不足する可能性がある小児再建手術の分野において好ましい選択肢となる。 この設定では、拡張率という用語は、健康な移植片組織の初期サイズから最終的な移植創傷領域までの比例的な拡大を指します。 Meek は、マイクログラフトされた皮膚の最適な拡大率は 1:9 であると示唆しました (たとえば、健康な移植組織を元の移植片の 9 倍の大きさの創傷に拡大する可能性があります) が、この仮説はしっかりと検証されたことはありません 13。 対照的に、次の断片化比という用語は、組織サンプルの細分化された断片の数に関連します (たとえば、断片化比 1:4 は、1 つの断片から 4 つの小さな断片への細分化を表します)。 マイクログラフト技術は、タナーらによって最初に報告された皮膚移植メッシュ技術が支持され、長年臨床的に放棄されてきました。 しかし、メッシュグラフト技術では約 1:5 の拡張率しか実現できないため、マイクログラフト技術は最近広く再評価されています 15、16、17、18、19、20。 自家マイクロ移植は主に皮膚創傷の治療に研究され応用されてきたが、他の上皮で覆われた臓器への臨床応用はほとんど研究されていない。 さらに、上皮組織のマイクログラフトの拡大率には直感的には自然な上限がありますが、この関係は十分に調査されておらず、尿路上皮についても記載されていません。