無細胞真皮

無細胞真皮は、ヒトまたは動物の組織から細胞を除去し、細胞外マトリックス（ECM）の一部を保持することで得られる生体材料の一種です。これらの材料は典型的には無細胞であるため、従来の同種移植や異種移植とは異なり、体内に統合または組み込むことができ、10年以上にわたり幅広い臨床適応症においてヒトへの使用がFDA（米国食品医薬品局）に承認されています。[1]

収穫と加工

すべてのECMサンプルは、真皮、心膜、小腸粘膜下層（SIS）などの哺乳類組織に由来します。ECM生体材料は、採取源から摘出後も、元の組織の特徴の一部を保持します。ECM組織は、ヒト、ブタ、ウマ、ウシなどの哺乳類の様々な発達段階から採取できます。これらは線維状コラーゲンで構成されていますが、微細構造、特定の組成（非コラーゲン性タンパク質やグリコサミノグリカンの存在、異なる種類のコラーゲンの比率など）、物理的寸法、機械的特性はそれぞれ異なります。採取時の組織発達段階に応じて、生体内で微細構造が変化する可能性があります。さらに、最終的な組織のサイズと形状を念頭に置き、元の組織の物理的寸法の可能性を考慮する必要があります。[1]

ECM組織のこの「記憶」にもかかわらず、これらの生来の特性を修正、保存、または除去できるように方法が設計されてきた。[1]修正プロセスは、臨床現場で使用される材料によって異なる。一部のECM生体材料は、脱細胞化と呼ばれる、すべての細胞を除去して残りの他のECM成分を残す修正を受ける。生体材料に導入できる別のプロセスは、人工的な架橋である。人工的な架橋は、体内で急速に変性する可能性のある再構成コラーゲンを安定化することが示されている。[1]機械的強度は得られるが、追加された人工的な架橋は、その異物起源のために、宿主細胞拒絶の可能性を高める。[2]この複雑さのため、人工的な安定化を使用せずにコラーゲンの寿命を延ばす最近の進歩により、意図的な架橋はもはや行われていない。最後に、ECM生体材料に感染性細菌やウイルスがないことを確実にするために、ほとんどが最終的に滅菌される。殺菌剤としては、エチレンオキシド（EO）ガス、ガンマ線照射、電子線（eビーム）照射などが挙げられます。[1]

脱細胞化されたECMバイオマテリアルは、さらに微粉末に加工し、凍結乾燥（フリーズドライ）することができます。この粉末をコラーゲナーゼと混合することで、ECM由来のハイドロゲル（自己治癒ハイドロゲル）を形成できます。これらのハイドロゲルは細胞培養に使用され、細胞の表現型を維持し、細胞増殖を促進します。ECMハイドロゲル上で培養された細胞は、マトリゲルや1型コラーゲンなどの他の基質上で培養された細胞よりも、表現型をより良好に維持します。[ 3] [4]ハイドロゲルはまだ直接的な臨床的意義はありませんが、臓器再生を補助する方法として有望性を示しています。[3] [4] [5]

同様に、臓器全体を脱細胞化して3D ECMスキャフォールドを作成することができます。これらのスキャフォールドは、移植用の臓器全体を再生するために再細胞化されます。この方法は、界面活性剤が材料全体に十分に浸透するため、主に複雑な血管系を持つ臓器に有効です。 [6]

宿主/インプラント相互作用

皮膚と腱の創傷治癒は、数週間から数年かけてゆっくりと進行する、体内で複雑に協調されたプロセスです。現在市場には、このプロセスに良い影響を与えることを目指す製品が数多くありますが、その効果に関するデータはほとんどありません。多くの製品はまだ開発段階にあり、宿主と埋め込み型デバイスとの間の（多くの場合炎症性の）相互作用が評価されています。

埋め込まれた ECM 生体材料は、宿主とどのように相互作用するかによって、2 つの一般的なカテゴリに分類されます。組み込みデバイスでは、最終的に細胞の成長と血管のマトリックスを介した通過が可能になりますが、非組み込み生体材料は融合したマクロファージの壁でカプセル化されています。ヘルニア修復用の無細胞ブタ真皮インプラントである Permacol などの非組み込み生体材料では、材料が免疫系によって分解または浸潤されないことが重要です。[1] [7]カプセル化された生体材料が異物として認識されると、体内で分解および/または拒絶され、体外に移動する可能性があります。組み込み ECM 生体材料では、免疫系による浸潤がわずか 7 日で発生する可能性があり、デバイス容量の急速な分解につながります。ヒト真皮からの同種移植片である Graftjacket の場合、マトリックスには血管系として宿主細胞がすぐに集まります。デバイス自体の体積は60％以上減少し、宿主の線維芽細胞とマクロファージに置き換えられました。[1] [8]

アプリケーション

ECMバイオマテリアルは、皮膚や腱など、様々な組織の治癒を促進するために用いられています。牛胎児真皮由来のコラーゲンマトリックスであるサージメンドは、足首の腱（自然治癒しない）の治癒を促進することができます。この介入により、治癒期間がほぼ半分に短縮され、患者はより早く通常の活動に復帰することができます。[9]腱と同様に、開放創は自然治癒せず、長期間残存することがあります。ECMバイオマテリアルを潰瘍に多層的に塗布すると、創傷は急速に閉鎖し、宿主組織を生成します。予備研究では有望な結果が得られていますが、ヒト臨床試験における様々なECMバイオマテリアルデバイスの成功率やそれらの直接的な比較に関する情報はほとんどありません。[1]

アロダームは、提供された死体の皮膚から得られた無細胞真皮であり、[10] [11]再建手術や歯科手術に使用されています。歯肉移植では、無細胞真皮は患者の口蓋から切り取った組織の代替となります。 [12]また、腹部ヘルニアの修復にも使用され、[13]空鼻症候群の治療で切除した鼻甲介の再建にも使用されています。[14]アロダームやその他の無細胞真皮マトリックスは、乳房切除後のインプラントによる乳房再建において、軟部組織の被覆率を向上させるために日常的に使用され、目に見える波打ち、被膜収縮、インプラントの位置異常、底付き、インプラントの露出のリスクを軽減します。[15]

FDAは、乳がんの切除手術後のインプラントによる乳房再建に使用するための無細胞真皮マトリックス製品を承認していない。これは、公表された文献によると、一部の製品には高いリスクプロファイルがある可能性があることが示唆されているためである。[16]

例

  • ヒトの真皮[17]
  • 小腸粘膜下層
  • 牛真皮[18]
  • 豚真皮[19]
  • ヒト脱灰骨マトリックス[20]
  • 馬の心膜[21]
  • 牛心膜[22]
  • キチン殻[23]
  • 硬膜[24]
  • アロダーム[25]

参考文献

  1. ^ abcdefgh Cornwell, KG, Landsman, A., James, KS軟部組織修復のための細胞外マトリックス生体材料。臨床足病医学外科 26 (2009) 507–523 (原著論文)
  2. ^ 「Badylak S. 「生体材料に対する宿主反応」」。2019年3月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年4月19日閲覧。
  3. ^ ab Wolf MT, et al. 「脱細胞化真皮細胞外マトリックス由来のハイドロゲル」[1]
  4. ^ ab Sawkins MJ, et al. 「脱灰および脱細胞化骨細胞外マトリックス由来のハイドロゲル」[2]
  5. ^ Barker TH「再生医療における細胞行動誘導におけるECMタンパク質とタンパク質断片の役割」[3]
  6. ^ Faulk, Denver M.; Johnson, Scott A.; Zhang, Li; Badylak, Stephen F. (2014年8月). 「全臓器工学における細胞外マトリックスの役割」. Journal of Cellular Physiology . 229 (8). Wiley-Liss : 984–989 . doi :10.1002/jcp.24532. ISSN  0021-9541. PMID  24347365.
  7. ^ Faulk DM他「ECMハイドロゲルコーティングはポリプロピレンメッシュに対する慢性炎症反応を軽減する。」[4]
  8. ^ [Graft Jacket [5] 2016年3月9日アーカイブ、Wayback Machine
  9. ^ テイバイオサイエンス
  10. ^ ナオミ・フロイントリッヒ、ニューヨーク・タイムズ紙、2003年3月16日
  11. ^ LAタイムズのケリー・ハウリー記者。2007年3月6日。人体部位の巨大ビジネス
  12. ^ Hirsch A, Goldstein M, Goultschin J, Boyan BD, Schwartz Z (2005). 「有茎下無細胞真皮マトリックス同種移植片と上皮下結合組織自家移植片を用いた根面被覆の2年間の追跡調査」Journal of Periodontology . 76 (8): 1323–8 . doi :10.1902/jop.2005.76.8.1323. PMID  16101365.
  13. ^ Misra, S.; Raj, PK; Tarr, SM; Treat, RC (2008-06-01). 「腹部ヘルニア修復におけるAlloDermの使用結果」. Hernia . 12 (3): 247– 250. doi :10.1007/s10029-007-0319-z. ISSN  1265-4906. PMID  18209948. S2CID  9919259.
  14. ^ Leong, SC (2015年7月). 「空鼻症候群に対する外科的介入の臨床的有効性：系統的レビュー」. Laryngoscope . 125 (7): 1557–62 . doi :10.1002/lary.25170. PMID  25647010. S2CID  206202553.
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  16. ^ 「インプラントを用いた乳房再建術で使用される無細胞真皮マトリックス（ADM）製品は合併症発生率が異なる：FDA安全性情報」FDA。2021年3月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年1月3日閲覧。
  17. ^ ライフセル社製アロダーム
  18. ^ SurgiMendとPriMatrixはTEI Biosciences Inc.が製造。2016年7月10日、Wayback Machineにアーカイブ。
  19. ^ FDA 510k、パーマコール
  20. ^ グラフトン、Osteotech Inc. 製。FDA 510K、グラフトン
  21. ^ FDA 510k、オーサダプト
  22. ^ FDA 510k、サプルペリガード
  23. ^ Jayakumar, R; Chennazhi, KP; Srinivasan, S; Nair, SV; Furuike, T; Tamura, H (2011). 「組織工学におけるキチン足場」. Int J Mol Sci . 12 (3): 1876–87 . doi : 10.3390/ijms12031876 . PMC 3111639. PMID  21673928 . 
  24. ^ 組織工学：細胞生物学から人工臓器へ、p163
  25. ^ Ranganathan, Kavitha; Santosa, Katherine B.; Lyons, Daniel A.; Mand, Simanjit; Xin, Minqiang; Kidwell, Kelley; Brown, David L.; Wilkins, Edwin G.; Momoh, Adeyiza O. (2015-10-01). 「乳房切除後乳房再建における無細胞真皮マトリックスの使用：すべての無細胞真皮マトリックスは同等に作られているのか？」. Plastic and Reconstructive Surgery . 136 (4): 647– 653. doi :10.1097/PRS.0000000000001569. ISSN  1529-4242. PMID  26397242. S2CID  4769316.
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