12.9.2 Keresztkötés
A nyilvánvaló előnyök ellenére a biológiai állványok használata még mindig számos problémát vet fel, különösen a gyors in vivo biodegradáció, az immunogenitással kapcsolatos aggályok és a nem szándékos vagy nem teljes szöveti válaszok. Ezen aggályok leküzdése érdekében az évtizedek során keresztkötési módszereket alkalmaztak. A keresztkötés szerepet játszik a biodegradáció lassításában, valamint az ECM-állványok szerkezeti fehérjéire adott fajközi válaszok kiküszöbölésében vagy csökkentésében (Courtman és mtsai., 2001).
A keresztkötés sikerét a xenogén szövetekből származó bioprotézis szívbillentyűk kifejlesztésében lehet értékelni. A formaldehid kezelésről való áttérés és a bioprotézis szívbillentyűk glutaraldehid keresztkötésének bevezetése jelentős eredménynek tekinthető ezen a területen (Zilla és mtsai., 2007). A térhálósítás fenntartja a bioprotézis szívbillentyűk nem trombogén felszínét, csökkenti az antigenitást és megakadályozza a lebomlást, ezáltal megnöveli az in vivo élettartamukat. A bioprotetikai szívbillentyűk rögzítésének ezt a formáját ma is alkalmazzák. A kollagén krómcserzését már több mint 100 éve használják az állati bőrök tartósítására a bőriparban (Covington, 1997). A folyamat során ionos, kovalens és hidrogénkötés jön létre a krómfajok és a kollagén között. A bioanyagok stabilizálásának ezt a formáját a sebészeti varróanyagként használt krómozott katgut előállítására is felhasználták (Van Winkle és mtsai., 1975). A térhálósító szerek különböző más formái is léteznek, amelyeket elsősorban a bioprotézis szívbillentyűk és a szívburokszövetek in vivo teljesítményének javítására, valamint a meszesedéssel és a citotoxicitással kapcsolatos hibák leküzdésére fejlesztettek ki. A térhálósító szerek a jól ismert aldehidektől (formaldehid és glutaraldehid) az újabb bifunkciós térhálósító szerekig, mint a poliepoxi vegyületek és a hexametilén-diizocianát, terjedtek. Más modern térhálósító szerek közé tartoznak a nulla hosszúságú térhálósító szerek, mint az acilazid és a karbodiimidek (Khor, 1997). Bár a glutaraldehid keresztkötést még mindig használják biológiai állványok stabilizálására, újabb funkcionális és valószínűleg kevésbé citotoxikus keresztkötési módszereket fejlesztenek ki. Ezek közé tartozik a mikrobiális transzglutamináz enzim, a genipin nevű növényi vegyület és a multifunkcionális dendrimer keresztkötés (Garcia és mtsai., 2007b; Duan és mtsai., 2007; Chang és mtsai., 2002; Chan és mtsai, 2008).
A nem lebomló bioprotézisek használatáról, amelyeket a beteg életén túlra szántak, áttérnek a biológiailag lebomló állványzatokra, amelyeket úgy terveztek, hogy idővel in vivo átalakuljanak a sérült vagy beteg szervek helyreállítására (Brody és Pandit, 2007; Badylak, 2007). Az állványzat lebomlását szabályozni kell, és párhuzamosan kell történnie, hogy megfeleljen a szövetek in vivo regenerálódásának (Burugapalli és mtsai., 2007). A szövetsebészethez használt biológiailag lebomló állványzatnak is biztosítania kell a szükséges funkciót, amíg az újonnan képződő szövet át nem veszi ezt a funkciót. Egy idealizált biodegradálható állványzatban, ahogy a gazdasejtek behatolnak és benépesítik a beültetett állványzatot, új extracelluláris mátrixot választanak ki az eredeti állványzat helyett, amely előre meghatározott sebességgel lebomlik.
Kimutatták, hogy a biológiai állványzat in vitro és in vivo lebomlási sebessége a térhálósodás mértékével testre szabható (Burugapalli et al., 2007). Liang és munkatársai (2004) genipinnel térhálósított acelluláris szarvasmarha-perikardiumot használva vizsgálták a térhálósítás mértékének a szöveti válaszra és a regenerációs mintázatra gyakorolt hatását. Egy patkány szubkután beültetési modellben azt találták, hogy a nem és a minimálisan térhálósított acelluláris szarvasmarha-perikardium gyorsan lebomlott, mielőtt új szövetek képződhettek volna. Ezzel szemben a mérsékelten és az erősen térhálósított állványzatban új kollagénképződést figyeltek meg, bár ez utóbbiban ez a folyamat az állványzat külső rétegére korlátozódott, mivel az jobban ellenállt a lebomlásnak. Amikor hasonló állványzatot ültettek be érfoltként egy kutyamodellbe (Chang és mtsai., 2004), a graft belső felületén intakt endotheliumréteget találtak, a gazdaszervezet fibroblasztjaival és simaizomsejtjeivel együtt az acelluláris graftban. Ez kisebb mértékben fordult elő a vizsgálatban használt glutaraldehiddel térhálósított acelluláris szarvasmarha-perikardiumban. Mindkét állványzat-típusnál megfigyeltek azonban nem szándékos intimavastagodást és chondroid metapláziát. Egy másik vizsgálatban hasonló genipin-keresztkötésű acelluláris szarvasmarha-perikardiumot használtak szívizomdefektusok helyreállítására egy patkány jobb kamra modellben (Chang és mtsai., 2005). Az endokardiális felszínen endotélsejtekkel borított intimális megvastagodást találtak. A graft külső felületein mezoteliális sejteket is megfigyeltek, amelyek feltehetően ellenállnak az adhéziónak. Simaizomsejteket, neomuszkuláris rostokat, neokollagént, neoglikozaminoglikánokat és neokapillárisokat figyeltek meg az állványzaton belül négy héttel a beültetés után.
A zselatint biomatériaként használták perifériás idegdefektusok helyreállítására (Mligiliche et al., 1999; Gamez et al., 2004). Zselatinból készített és genipinnel térhálósított lebomló állványzatokat használtak töltőanyagként egy csöves szilíciumkamrában, és extracelluláris mátrixként szolgáltak az idegregeneráció irányítására 10 mm-es isiászideg résen keresztül patkányokban (Liu és mtsai., 2004). Kimutatták, hogy a töltés maradékai megakadályozták az axonok vándorlását és megnyúlását (Verdu és mtsai., 2002), és ezt a zselatinos töltés meghosszabbított lebomlási idejének tulajdonították (Bigi és mtsai., 2002; Liu és mtsai., 2004). Amikor keresztkötésű zselatint használtak csöves vezetékként (töltőanyag helyett) hasonló ideghézagok áthidalására, a hézagon keresztül regenerált idegrostokat találtak, amelyek többnyire mirelinizálatlan axonokat tartalmaztak a környező Schwann-sejtekkel hat hét után, amikor a vezeték degradálódni kezdett és a neovaszkularizáció fokozódott (Chen és mtsai., 2005). A regenerált ideg külső területén sűrű hegszövet is volt. A szubkután beültetés után vékony rostos kapszularéteget figyeltek meg, a várható akut és krónikus gyulladásos reakciókkal együtt.
A kereszthálózat koncentrációja diktálta az in vivo degradációt, amikor keresztkötésű zselatin-trikalcium-foszfát állványzatokat ültettek be szubkután (Yao és mtsai., 2004). A kevésbé térhálósított állványzat magasabb degradációval járt, míg az erősen térhálósított állványzat minimális in vivo degradációt mutatott. A nagyobb mennyiségű térhálósított anyag használata az implantátum fokozott rostos kapszulaképződésével is együtt járt, amit a térhálósított anyag citotoxicitásának tulajdonítottak. Amikor hasonló állványzatokat ültettek be nyulak calvarialis csontdefektusainak helyreállítására, a szerzők azt találták, hogy az állványzat fokozatosan lebomlott, és új csont váltotta fel, bár ez a folyamat csak a csont-állványzat határfelületre korlátozódott (Yao és mtsai., 2005). Ugyanez a glutaraldehiddel térhálósított kompozit hasonló reakciót váltott ki (Chen és mtsai., 1998). A kompozit állványzat idővel fokozatosan degradálódott, ahogy az állványzatot új csont váltotta fel, és az acelluláris mátrix a defektus szélétől centripetálisan rakódott le. Bár a mesterséges állványzat döntő fontosságú lehet, más tényezők is felgyorsíthatják a gyógyulási folyamatot. Például a hiperbár oxigénterápia hozzáadása nagymértékben fokozta az új csontképződést, amint azt radiológiai és hisztomorfometriai technikák kimutatták (Chen és mtsai., 2004). A bioaktív faktorok, mint például a BMP-2 jelenléte egy lebomló állványzatban ektopikus csontképződést indukált szubkután és intramuszkulárisan, és úgy tűnt, hogy felgyorsítja a reszorpciót az oszteoklasztok hatására (Liang és mtsi., 2005; Takahashi és mtsi., 2005; Kato és mtsi., 2006; Yoneda és mtsi., 2005).