Hlavním tématem disertační práce je použití nanovlákenných biodegradabilních materiálů k podpoře hojení střevních anastomóz v kolorektální chirurgii. Alterovaný proces hojení střevní anastomózy může vést k několika typům lokálních komplikací. Anastomotický leak je přitom jednou z neobávanějších. Těžké formy leaku způsobují rozvoj peritonitidy, sepse a jsou tedy život ohrožujícími stavy. V mnoha případech je nutné reoperovat s následnou pooperační intenzivní péčí a jistým prodloužením hospitalizace, a dalšími případnými komplikacemi. Dalším zdrojem pooperačních komplikací je extenzivní tvorba peritoneálních adhezí. Ty mohou způsobit i v pozdním pooperačním období abdominální bolesti a poruchy pasáže zažívacím traktem. V řadě studií byl prokázán pozitivní vliv nanovlákenných materiálů na proces hojení v různých lokalizacích. Cílem naší práce je vyvinout optimální biodegradabilní nanovlákenný patch pro prevenci anastomotického leaku a rozvoje extenzivních peritoneálních adhezí v kolorektální chirurgii. Ve spolupráci s Technickou Univerzitou v Liberci bude vyvinuto několik forem nanovlákenných biodegradabilních patchů, které budou následně testovány nejprve in vitro na kulturách fibroblastů ke stanovení základní biokompatibility. Následně bude provedena experimentální aplikace patchů na modelu střevní anastomózy na praseti s třítýdenním pooperačním sledováním. Vlastnosti materiálu poté budou hodnoceny na základě klinických změn zvířat v pooperačním období, změn biochemických parametrů, makroskopického nálezu při odběru vzorků, histologických hodnotících systémů. Výsledky první fáze studie budou časně vyhodnoceny a zpracovány a na jejich základě dojde k eventuálnímu přehodnocení konceptu patche, úpravě jeho vlastností a vývoji jeho dalších variant.
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce
Background: The main focus of the dissertation is the use of nanofibrous biodegradable materials for the healing support of intestinal anastomoses in colorectal surgery. The altered healing process of intestinal anastomosis leads to several types of local complications. Anastomotic leakage is one of the most feared ones. Severe anastomotic leakage causes peritonitis, sepsis and is a life-threatening condition. Reoperation is necessary in many cases, bringing the need for intensive care, and hospital stay prolongation. Extensive peritoneal adhesions are another source of postoperative complications. These adhesions are a frequent cause of bowel obstruction and abdominal discomfort and are the most common reason for readmission after colorectal procedures. Nanofibrous biodegradable materials showed positive effects on the healing process in various locations. Our aim was to develop and perfect a biodegradable patch for both preventions of anastomotic leakage and the formation of extensive peritoneal adhesions. Methods: We conducted 3 subsequential experiments on porcine models. In Experiment A, we managed to develop polycaprolactone and polylactic acid-polycaprolactone copolymer nanofibrous patches and applied them on anastomoses on the small porcine intestine. The animals were observed for 3 weeks. Clinical, biochemical, and macroscopic signs of anastomotic leakage or intestinal obstruction were monitored, the quality of the scar tissue was assessed histologically, and a newly developed scoring system was employed to evaluate the presence of adhesions. In Experiment B, newly developed double-layered polyvinyl-alcohol/polycaprolactone patches were tested on a model of defective anastomosis on the small porcine intestine under similar conditions. A newly invented Intestine Wall Integrity Score was used to determine the quality of the intestinal wall at the site of anastomosis. In Experiment C, a perfected ultrafine polycaprolactone highly porous patch was used in a model of defective anastomosis on the porcine colon under similar conditions. Experimental groups had nanofibrous patches applied over the anastomosis while Control groups had the anastomoses uncovered in each experiment. Results: Experiment A showed no adverse effects of the two materials. However, no positive effects on the healing process or risk of anastomotic leakage development were observed. The application of both versions of double-layered materials in Experiment B resulted in inferior healing. The application of the perfected polycaprolactone patch in Experiment C showed no adverse effects on both clinical status and histological results of the experimental animals. Higher amounts of collagen were found at the site of anastomosis in the Experimental group. Conclusion: Five versions of nanofibrous biodegradable patches were developed and tested on three different models of porcine intestinal anastomoses. The ultrafine polycaprolactone patch from Experiment C does not cause the extensive formation of peritoneal adhesions and increases collagen levels at the site of anastomosis, which suggests higher mechanical strength. However, no direct evidence regarding the impact of these materials on the risk of anastomotic leakage was obtained. A perfected version of the polycaprolactone patch with additional antimicrobial activity was already developed and is currently being tested in vitro. A series of preclinical studies will be necessary before introduction into human medicine.
- zadáno vedoucím/školitelem