Tissue engineering in pelvic floor disorders

Abstract

Ulosteen- ja virtsankarkailu sekä synnytinelinten laskeuma ovat yleisiä ongelmia, jotka vaativat usein kirurgisia hoitomenetelmiä. Emättimen alueen limakalvopuutokset lantion alueen kirurgian jälkeen, synnynnäiset epämuodostumat ja transsukupuolisten sukuelinkirurgia ovat harvinaisia, mutta niiden kirurginen korjaaminen vaatii usein edistynyttä kirurgista tekniikkaa ja biomateriaaleja. Tutkimustemme tavoitteena oli arvioida uusia kudosteknologisia mahdollisuuksia lantionpohjan toimintahäiriöiden hoidossa.

Osatyössä I selvitimme Tampereen yliopistollisessa sairaalassa vuosina 2007–2013 synnyttäneiden 322 synnytysrepeämäpotilaan (3.- tai 4. asteen peräaukon sulkijalihaksen repeämä) ulosteenkarkailuoireita kuuden kuukauden kuluttua repeämän korjauksesta. Tutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa ulosteenkarkailun riskitekijöitä, arvioida kolmen vaihtoehdon kyselykaavakkeen käytettävyyttä yhdistettynä Wexner-pisteytykseen oireiden kartoituksessa ja arvioida uusien hoitomenetelmien tarvetta. Tutkimuksemme perusteella 63 % naisista oli ulosteenkarkailun suhteen oireettomia, 27 %:lla oli lieviä oireita ja 9 %:lla oli vaikea ulosteenkarkailu, johon potilaat halusivat jatkohoitoa. Ulosteenkarkailun riskitekijöitä olivat instrumenttiavusteinen alatiesynnytys, sulkijalihasrepeämän vaikeusaste ja äidin ikä. Kolmen vaihtoehdon kysely ja Wexner-pisteytys korreloivat keskenään hyvin, joten kolmen vaihtoehdon kysely voisi olla hyödyllinen apuväline terveydenhuollon resurssien oikeassa kohdentamisessa selvitettäessä naisen omaa toivetta ulosteenkarkailun jatkohoidosta.

Osatyön II tavoitteena oli kehittää peräaukon sulkijalihasvaurioon ja täten ulosteenkarkailuun uutta kudosteknologista hoitoa. Tutkimuksessa ihmisestä eristetyt rasvan kantasolut yhdistettiin joko 0,9 % keittosuolaan tai polyakryyliamidigeeliin (Bulkamid®), ja pistoksilla hoidettiin kirurgisesti aiheutettua ja korjattua rotan peräaukon sulkijalihasvauriota. Peräaukon sulkijalihaspainetutkimuksen perusteella kantasoluilla hoidetuilla rotilla peräaukon sulkijalihaksen supistusvoima oli parempi kuin pelkkää keittosuolaa tai Bulkamid®-geeliä saaneilla kontrolleilla. Bulkamid® sulautui ympäröivään kudokseen hyvin ja aiheutti vähemmän tulehdusreaktiota kuin kantasolut keittosuolaliuoksessa. Mikroskooppitutkimuksen ja mikro-tietokonetomografian mukaan peräaukon sulkijalihaksen jatkuvuus ei eronnut ryhmien välillä toisistaan, jonka perusteella voisi päätellä, että kantasoluvaikutus perustuu enemmän solujen väliseen vuorovaikutukseen kuin solujen varsinaiseen erilaistumiseen lihaskudokseksi.

Osatyö III oli kliininen pilottitutkimus, jossa naisten ponnistusvirtsankarkailua hoidettiin virtsaputken kautta annetuilla kantasolupistoksilla. Rasvan kantasolut kerättiin potilaan vatsan alueen ihonalaisrasvasta paikallispuudutuksessa ja viljeltiin laboratoriossa kolmen viikon ajan ennen yhdistämistä kollageenigeeliin (Contigen®). Tutkimuksen ensisijainen päätemuuttuja oli yskäisytesti, toissijaisina päätemuuttujina olivat uretrokystometria, 24 tunnin vaippatesti ja virtsankarkailun kyselytutkimukset. Hoidon tuloksena kolmen potilaan yskäisytesti oli vuoden seurannassa negatiivinen ja potilaista kaksi oli tyytyväisiä virtsankarkailun vähenemiseen. Kolme potilasta kärsi kuitenkin edelleen virtsankarkailusta ja he halusivat operatiivista hoitoa. Pistoshoidoista ei ollut vakavia haittavaikutuksia. Virtsankarkailun hoito kantasolu-kollageenipistoksilla oli tutkimuksen perusteella turvallinen.

Neljännessä osatyössä selvitettiin uudella hiilidioksidimenetelmällä valmistetun PLCL-biomateriaalin ja emättimen pinta- ja tukisolujen yhdistelmän soveltuvuutta emättimen limakalvopuutosten kudosteknologiseen hoitoon. Hoito voisi soveltua esimerkiksi synnynnäisen emättimen puuttumisen kirurgiseen hoitoon. Limakalvonäytteitä kerättiin kolmelta transsukupuoliselta potilaalta emättimenpoistoleikkauksen yhteydessä. Emättimen epiteeli- ja tukikudossolut eroteltiin ja viljeltiin, jonka jälkeen solut siirrettiin kasvamaan kolmiulotteiselle PLCL-materiaalille. Solujen kasvua ja fenotyyppiä seurattiin laboratoriomenetelmin viikon ja kahden viikon aikapisteissä. Molemmat solutyypit kasvoivat biomateriaalilla hyvin, erityisesti pintasolut suosivat PLCL-materiaalin huokosia. PLCL-biomateriaalin fysikaaliset ominaisuudet näyttäisivät sopivan hyvin emättimen alueen kudosteknologiseen hoitoon.

Tutkimustemme perusteella uusia hoitokeinoja lantionpohjan toimintahäiriöiden, erityisesti ulosteenkarkailun ja uusiutuneen virtsankarkailun hoitoon kaivataan, ja kudosteknologia tarjoaa varteenotettavia vaihtoehtoja uusiksi hoitomenetelmiksi. Lisätutkimuksia hoitojen turvallisuuden ja tehokkuuden selvittämiseksi kuitenkin tarvitaan.

Anal incontinence (AI), urinary incontinence (UI) and pelvic organ prolapse (POP) are common conditions and surgical interventions are often required for their successful treatment. Other conditions such as vaginal epithelial deficiencies after pelvic surgery, congenital vaginal agenesis or transgender genital reconstructions are relatively rare conditions that frequently necessitate advanced surgical techniques and materials for their treatment. Our aim was to assess possibilities of tissue engineering as a method for treating pelvic floor disorders.

In Study I we analyzed the AI symptoms of 322 women who suffered a third or fourth degree obstetric anal sphincter injury during 2007-2013 in Tampere University Hospital. The aim was to identify risk factors for persisting symptoms of AI at six months after primary repair of the anal sphincter, to evaluate the usefulness of a simple three-choice assessment form combined with the Wexner Incontinence Score (WIS) and to evaluate the need for alternative treatment methods. According to the three-choice assessment, 63% of the women had no AI symptoms, 27% had mild symptoms and 9% had severe AI symptoms and wanted further treatment. Risk factors for AI symptoms were instrumental vaginal delivery, more severe types of injury and advancing maternal age. There was a good correlation between the three-choice assessment and WIS. Thus, the three-choice assessment might be a useful tool to take the woman’s own wish into consideration to better target health care resources when assessing the need for further treatment.

In Study II our aim was to develop a tissue engineering method for acute anal sphincter rupture and thus help to create a novel treatment method for AI. Human adipose stem cells (hASCs) were combined with either polyacrylamide hydrogel (Bulkamid®) or saline combined with surgery to treat iatrogenic anal sphincter rupture in a rat model. The anorectal manometry revealed that both Bulkamid® and saline combined with hASCs produced better functional results than the controls without the hASCs. Bulkamid® was well integrated in the tissue and produced less inflammation than the hASC+saline-injections. There was no difference in muscle continuity between the groups according to the histological and micro-computed tomography analysis which suggests that the effect of the hASCs was paracrine stimulation rather than direct sphincter muscle differentiation.

In a pilot study (Study III) adipose stem cell (ASC) injections were tested in a clinical trial. Five women suffering from stress or mixed urinary incontinence (SUI, MUI) were treated by transurethral autologous ASC-injections. The ASCs were collected from the patients’ abdominal fat under local anesthesia and then processed and expanded in laboratory for three weeks before combining with collagen gel (Contigen®). The primary outcome measure was the cough test, secondary measures the urethrocystometry, 24h pad test and the subjective quality of life (QoL) assessments. As a result, three patients had a negative cough test and two out of five women gained reasonable continence and were satisfied with the treatment at one year. However, three patients were still incontinent and wished for an operation with mid-urethral tape. No serious side effects were observed.

In Study IV a new scaffold material, supercritical carbon dioxide (scCO2) foamed poly-l-lactide-ε-co-caprolactone (scPLCL) combined with vaginal epithelial and stromal cells was used to develop a reconstructive graft for treatment of epithelial defects, e.g. congenital vaginal agenesis. Vaginal epithelium was acquired from three transgender patients in elective vaginectomy operations. The vaginal epithelial and stromal cells were separated and expanded in culture and seeded on three-dimentional (3D) scPLCL scaffold specimens. The survival and phenotype of the cells were assessed at day 7 and 14. Both cell types survived well, and especially the epithelial cells were spread throughout the scaffolds favoring the pores of the scPLCL-scaffold. The tensile and elastic properties of the scPLCL-scaffold seemed adequate for vaginal tissue engineering.

Based on this thesis, we can conclude that new treatment methods for pelvic floor disorders are needed, especially for AI and recurrent UI, and tissue engineering based strategies are promising options for their treatment. However, more studies are needed to assure the safety and efficacy of these novel treatments.