Natural and synthetic biomaterials for epithelial repair : Skin and urethral regeneration
Nordback, Panu (2019)
Nordback, Panu
Tampere University
2019
Lääketieteen ja biotieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Medicine and Life Sciences
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2019-10-11
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1227-5
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1227-5
Tiivistelmä
Ihon ja virtsaputken epiteelivauriot muodostavat merkittävän kliinisen ongelman ja kuorman sekä perusterveydenhuollolle että erikoissairaanhoidolle. Akuuttien ja kroonisten haavojen esiintyvyydeksi on arvioitu 3.7/1000. Virtsaputken epiteelipuutokset muodostavat toisenlaisen epiteeliin liittyvän ongelman. Ongelmat aiheutuvat yleensä synnynnäisten epämuodostumien, vammojen tai tulehdusten seurauksena. Virtsaputken alahalkio (hypospadia) on yleisin peniksen synnynnäinen epämuodostuma, jonka esiintyvyysasteeksi on arvioitu 0.1-0.8%. Näiden ihoon sekä virtsaputkeen liittyvien ongelmien hoito on haastavaa.
Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli arvioida biomateriaalikalvojen soveltuvuutta ihon ja virtsaputken korjaamisessa. Amnion- ja kitosaanikalvoa tutkittiin ihohaavoilla, kun taas poly(L-laktidi-co-E-kaprolaktoni) (PLCL) ja poly(1,3 trimetyleeni karbonaatti) (PTMC) -kalvoja tutkittiin virtsaputken epiteelivaurioissa.
Amnion- ja kitosaanikalvojen soveltuvuuden tutkimiseksi rottien päälaelle tehtiin ihokerrokset läpäisevä haava. Haava mitattiin ja eläimet satunnaistettiin amnion- tai kitosaanikalvoryhmiin sekä vastaaviin kontrolliryhmiin. Haavat peitettiin joko amnion- tai kitosaanikalvoilla ja Aquacelilla tai pelkällä Aquacelilla (kontrolliryhmä). Eläimiä seurattiin 0, 3, 7, 14 tai 21 päivää, jonka jälkeen haavat ja tatuoinnit mitattiin uudelleen, kerättiin verinäytteet interleukiini 4 -määritystä sekä haava-alueet histologista analysointia varten.
Haavakoon mediaanit olivat kolmen päivän kohdalla merkittävästi (p < 0.05) pienemmät sekä amnion- että kitosaanikalvoryhmässä kuin kontrolliryhmässä. Kitosaaniryhmän interleukiini 4 -tasot olivat merkittävästi (p < 0.05) matalammat 7 ja 14 päivän kohdalla kontrolliin nähden. Tulos valkosolumäärien osalta oli samansuuntainen 7 päivän kohdalla. Kitosaanikalvo hävisi haavapinnalta 7 päivän jälkeen.
Virtsaputken epiteelivaurioihin testattiin PLCL- ja PTMC-kalvoja. PLCL ja PTMC -kalvot kuvattiin mikrotietokonetomografialla pintarakenteiden selvittämiseksi. Ihmisen uroteelisoluja viljeltiin PLCL ja PTMC -kalvoilla solujen kiinnittymisen, elinvoimaisuuden sekä uroteelisolujen fenotyypin säilyttämisen osoittamiseksi. Live/dead-värjäyksellä varmistettiin solujen kiinnittyminen sekä elinvoimaisuus. Lisäksi sytokeratiini (CK) 7, 8 ja 19 sekä uroplakiinien (UP) Ia, Ib ja III ilmeneminen määritettiin PLCL ja PTMC -kalvoilla sekä polystyreenillä (kontrolli) tehtyjen soluviljelyiden jälkeen.
PLCL-ryhmässä solujen kiinnittyminen kalvoille oli merkittävästi (p < 0.05) parempaa ensimmäisenä päivänä PTMC-ryhmään nähden. Tosin uroteelisoluja havaittiin viikon kohdalla enemmän PTMC-kalvolla. Live/dead-värjäys vahvisti, että suurin osa kalvoilla viljellyistä soluista oli elinvoimaisia. CK7, 8 ja 19 ilmenivät kaikilla viljelypinnoilla. CK7:n ja CK8:n ekspressio oli merkittävästi (p < 0.05) korkeampi PLCL-kalvolla. CK19 ekspressio oli merkittävästi (p < 0.05) matalampi PLCL- ryhmässä kontrolliin nähden. Kontrolliryhmän ekspressio UPIII:n osalta oli merkittävästi (p < 0.05) korkeampi kuin PLCL-ryhmän. UPIb:n sekä UPIII ekspressio oli merkittävästi (p < 0.05) matalampi PLCL-kalvoilla viljeltyjen solujen osalta PTMC-ryhmään nähden kahden viikon kohdalla.
Kalvojen soveltuvuutta virtsaputkessa tutkittiin poistamalla kanin virtsaputkesta soikea alue, joka peitettiin PLCL tai PTMC -kalvolla. Eläimiä seurattiin 2, 4 tai 16 viikkoa, jonka jälkeen eläimet jälleen nukutettiin ja virtsaputket varjoainekuvattiin. Biomateriaalilla peitetty virtsaputken osa kerättiin talteen histologisia sekä immunohistokemiallisia määrityksiä varten.
PLCL-kalvon todettiin olevan kovempaa kuin PTMC-kalvon. Virtsaputken varjoainekuvauksissa merkittäviä kaventumia ei havaittu. Histologisessa analyysissä uroteeli peitti tehdyn epiteelipuutoksen jatkumona 16 viikon kohdalla molemmissa ryhmissä. Uroteelin kehitys kerrostuneeseen suuntaan oli merkittävästi parempaa (p
< 0.05) PTMC-ryhmässä 2 ja 16 viikon kohdalla. Molempien kalvojen osalta sytokeratiinivärjäys vahvisti epiteelikerroksen uudelleenmuodostumisen ja kalvojen havaittiin hajoavan 4 viikon seuranta-ajan jälkeen.
Löydösten perusteella kaikki neljä biomateriaalia osoittautuivat kelvollisiksi epiteelivaurioiden korjaamisessa valituissa käyttötarkoituksissa. Amnion- ja kitosaanikalvot edistivät haavan paranemista varhaisvaiheessa. Kitosaanikalvon havaittiin vähentävän tulehdusreaktiota ja vaikuttavan IL-4-välittäjäainereittiin. Virtsaputken korjaamistarkoituksessa PTMC oli PLCL:iin verrattuna helpompi käsitellä, minkä lisäksi epiteelikerros eheytyi sen päällä merkittävästi nopeammin.
Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli arvioida biomateriaalikalvojen soveltuvuutta ihon ja virtsaputken korjaamisessa. Amnion- ja kitosaanikalvoa tutkittiin ihohaavoilla, kun taas poly(L-laktidi-co-E-kaprolaktoni) (PLCL) ja poly(1,3 trimetyleeni karbonaatti) (PTMC) -kalvoja tutkittiin virtsaputken epiteelivaurioissa.
Amnion- ja kitosaanikalvojen soveltuvuuden tutkimiseksi rottien päälaelle tehtiin ihokerrokset läpäisevä haava. Haava mitattiin ja eläimet satunnaistettiin amnion- tai kitosaanikalvoryhmiin sekä vastaaviin kontrolliryhmiin. Haavat peitettiin joko amnion- tai kitosaanikalvoilla ja Aquacelilla tai pelkällä Aquacelilla (kontrolliryhmä). Eläimiä seurattiin 0, 3, 7, 14 tai 21 päivää, jonka jälkeen haavat ja tatuoinnit mitattiin uudelleen, kerättiin verinäytteet interleukiini 4 -määritystä sekä haava-alueet histologista analysointia varten.
Haavakoon mediaanit olivat kolmen päivän kohdalla merkittävästi (p < 0.05) pienemmät sekä amnion- että kitosaanikalvoryhmässä kuin kontrolliryhmässä. Kitosaaniryhmän interleukiini 4 -tasot olivat merkittävästi (p < 0.05) matalammat 7 ja 14 päivän kohdalla kontrolliin nähden. Tulos valkosolumäärien osalta oli samansuuntainen 7 päivän kohdalla. Kitosaanikalvo hävisi haavapinnalta 7 päivän jälkeen.
Virtsaputken epiteelivaurioihin testattiin PLCL- ja PTMC-kalvoja. PLCL ja PTMC -kalvot kuvattiin mikrotietokonetomografialla pintarakenteiden selvittämiseksi. Ihmisen uroteelisoluja viljeltiin PLCL ja PTMC -kalvoilla solujen kiinnittymisen, elinvoimaisuuden sekä uroteelisolujen fenotyypin säilyttämisen osoittamiseksi. Live/dead-värjäyksellä varmistettiin solujen kiinnittyminen sekä elinvoimaisuus. Lisäksi sytokeratiini (CK) 7, 8 ja 19 sekä uroplakiinien (UP) Ia, Ib ja III ilmeneminen määritettiin PLCL ja PTMC -kalvoilla sekä polystyreenillä (kontrolli) tehtyjen soluviljelyiden jälkeen.
PLCL-ryhmässä solujen kiinnittyminen kalvoille oli merkittävästi (p < 0.05) parempaa ensimmäisenä päivänä PTMC-ryhmään nähden. Tosin uroteelisoluja havaittiin viikon kohdalla enemmän PTMC-kalvolla. Live/dead-värjäys vahvisti, että suurin osa kalvoilla viljellyistä soluista oli elinvoimaisia. CK7, 8 ja 19 ilmenivät kaikilla viljelypinnoilla. CK7:n ja CK8:n ekspressio oli merkittävästi (p < 0.05) korkeampi PLCL-kalvolla. CK19 ekspressio oli merkittävästi (p < 0.05) matalampi PLCL- ryhmässä kontrolliin nähden. Kontrolliryhmän ekspressio UPIII:n osalta oli merkittävästi (p < 0.05) korkeampi kuin PLCL-ryhmän. UPIb:n sekä UPIII ekspressio oli merkittävästi (p < 0.05) matalampi PLCL-kalvoilla viljeltyjen solujen osalta PTMC-ryhmään nähden kahden viikon kohdalla.
Kalvojen soveltuvuutta virtsaputkessa tutkittiin poistamalla kanin virtsaputkesta soikea alue, joka peitettiin PLCL tai PTMC -kalvolla. Eläimiä seurattiin 2, 4 tai 16 viikkoa, jonka jälkeen eläimet jälleen nukutettiin ja virtsaputket varjoainekuvattiin. Biomateriaalilla peitetty virtsaputken osa kerättiin talteen histologisia sekä immunohistokemiallisia määrityksiä varten.
PLCL-kalvon todettiin olevan kovempaa kuin PTMC-kalvon. Virtsaputken varjoainekuvauksissa merkittäviä kaventumia ei havaittu. Histologisessa analyysissä uroteeli peitti tehdyn epiteelipuutoksen jatkumona 16 viikon kohdalla molemmissa ryhmissä. Uroteelin kehitys kerrostuneeseen suuntaan oli merkittävästi parempaa (p
< 0.05) PTMC-ryhmässä 2 ja 16 viikon kohdalla. Molempien kalvojen osalta sytokeratiinivärjäys vahvisti epiteelikerroksen uudelleenmuodostumisen ja kalvojen havaittiin hajoavan 4 viikon seuranta-ajan jälkeen.
Löydösten perusteella kaikki neljä biomateriaalia osoittautuivat kelvollisiksi epiteelivaurioiden korjaamisessa valituissa käyttötarkoituksissa. Amnion- ja kitosaanikalvot edistivät haavan paranemista varhaisvaiheessa. Kitosaanikalvon havaittiin vähentävän tulehdusreaktiota ja vaikuttavan IL-4-välittäjäainereittiin. Virtsaputken korjaamistarkoituksessa PTMC oli PLCL:iin verrattuna helpompi käsitellä, minkä lisäksi epiteelikerros eheytyi sen päällä merkittävästi nopeammin.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4608]