Nuevas estrategias para mejorar la bioestabilidad y biocompatibilidad de biomateriales utilizados en la reparación de defectos de pared abdominal. Estudios experimentales

Abstract

La hernia incisional o eventración es una de las principales complicaciones de la cirugía general; ocurre en el 10-20% tras una intervención quirúrgica previa. La posibilidad de un desorden genético del tejido conectivo así como el desconocimiento de las bases que correlacionan la estructura de los materiales con el comportamiento bioquímico y mecánico de la pared, comporta que aún estemos lejos de conseguir una óptima reparación de la pared abdominal.<br/>En esta tesis los autores presentan un conjunto de trabajos que analizan diferentes aspectos de posibles mejoras en la incorporación e integración de algunos materiales utilizados en la reparación de la patología herniaria de la pared abdominal. De la familia de los polímeros se escogieron el monofilamento de polipropileno (pp) y el politetrafluoroetileno expandido (PTFEe), por ser los de uso más frecuente sobre todo en la reparación de los grandes defectos o eventraciones.<br/>Se han tenido en cuenta tres campos de actuación: a.- la técnica quirúrgica, analizando el mejor lugar de implantación y calidad de las interfases y fascias circundantes; b.- los efectos beneficiosos de un aporte exógeno de arginina (7.5 mg/100g de peso y hora, por vía endovenosa), tanto en fases precoces como tardías tras los implantes; c.- las propiedades mecánico-estructurales del pp, PTFEe y Bard Composix (combinación modificada de pp y PTFEe) y su expresión en la adaptabilidad y elasticidad. <br/>Metodología: Estudios experimentales con ratas Sprague Dawley (macho, 4 meses de edad). Correlación entre aspectos a.-morfológicos (microscopia óptica y electrónica ambiental de barrido, ESEM, técnicas de tinción con hematoxilina-eosina, tricrómico de Masson y Rojo Sirio, inmunohistoquímica para colágenos I/III y linfocitos); b.-bioquímicos y biológicos ( técnicas de cromatografía, Werten Blot y zimografía, para el metabolismo de la arginina y sus principales metabolitos como la ornitina, citrulina y óxido nítrico; expresión de proteínas fibrilares como ?-SMA (alfa actino de músculo liso), factores de crecimiento como el TGF-?1 (factor de transformación fibroblástica) y el VEGF (factor de relajación endotelial) y actividad metaloproteásica (MMP) ; c.- mecánicos (máquina de ensayos mecánicos MTS Systems), analizando resistencia, deformación, elasticidad, fatiga, fluencia y fractura).<br/>Análisis estadísticos: fueron realizados usando SPSS 8.0 software para Windows. <br/>Resultados: a.- sobre el lugar de implante. Encontramos una mejor respuesta en la colocación de las prótesis sobre la aponeurosis anterior del músculo oblicuo mayor o estrato superficial, mayor colonización celular y extracelular así como mayor resistencia a la tracción y menor susceptibilidad a la deformación; b.- sobre los efectos beneficiosos de la arginina, ésta indujo mejor incorporación del tejido neoformado tanto a nivel molecular como funcional: mayor densidad capilar, mejor respuesta fibroblástica e inmunitaria, mayor depósito de colágeno, mejor expresión de ?-SMA y mayor actividad metaloproteásica (MMP), particularmente cuando las prótesis fueron colocadas en los estratos preaponeuróticos. Adicionalmente la respuesta mecánica también fue mejorada traduciendo una mayor resistencia a la tracción y una menor rigidez; c.-la caracterización mecánica in vivo y ex vivo de la prótesis composite demostró una construcción mejorada cuya principal ventaja fue su bajo módulo de elasticidad, permitiendo un incremento de la transferencia de carga mecánica desde los biomateriales a los tejidos circundantes. Los resultados morfológicos demostraron la buena adaptabilidad a largo plazo sobre los tejidos receptores, disminuyendo la celularidad y aumentado la organización de la matriz extracelular con un buen aporte vascular.<br/>Conclusión: la integración de biopolímeros en la pared abdominal es susceptible de ser modificada positivamente al nivel morfológico y molecular mediante intervenciones exógenas capaces de inducir un fenotipo funcional caracterizado por mejores prestaciones biomecánicas.

Incisional hernia remains a threatening complication of abdominal surgery. It occurs in up to 10-20 % after a digestive surgery. The possibility of a genetical connective tissue disorder as an unknowledge of the basis that correlate the biomaterials´s structure with the wall´s biochemical and mechanical behaviour, involve we are far to get an optimun abdominal wall repair.<br/>In this thesis authors present some works which analyse differents ways to improve the incorporation and integration of materials used to repair abdominal wall defects. From polymers´s family we chose the Polypropylene monofilament (pp) and expanded polytetrafluoroethylene (PTFEe), becouse both are used in this area widely.<br/>We have worked in three levels of study: a.- on thecnical surgery, looking for which is the best place to put the mesh and quality of the layers of abdominal wall; b.- effects of high arginine ( 7.5mg/100g body weigth per hour-given endovenous) on the early and late phases after implants; structur and mechanical properties of pp, PTFEe and Bard Composix mesh (modificated pp and PTFEe) and their expression in adaptability and elasticity. <br/>Methodology: experimental studies with Male Sprague-Dawley rats (four month-old). Correlation between aspects: a.- morphologicals: light microscopy and environmental scanning electron microscopy, ESEM, stain technical with hematoxylin and eosin, Masson´s trichrome and Sirius red; immunohistochemical analysis using rat-specific antibodies against type I/III collagens and lymphocites/ b.- biochemicals and biologicals: chromatography technique, Werten Blot, zymography for arginine and its main metabolic elements like ornithine and citrulline; calorimetric assay for determinacion of total nitrite; proteins activity like ?-SMA, ?-smooth muscle actin, growth factors like TGF-?1, transforming growth factor, VEGF, vascular endothelial growth factor and metalloprotease activity,MMP/ c.- Biomechanical: by electromechanical testing machine, MTS Systems; tensile strength, elongation, stiffnes, tensile modulus of elasticity, stress relaxation and fracture.<br/>Results: a.- about place of prothesis implantation: we find a best response when the mesh is implanted on the anterior aponeurosis of the external oblique muscle, resulting in increased intersticial collagen deposition over time and significantly high resistence; b.- about the effects of high doses of arginine: it induced a good molecular and functional incorporation of the new tissue; a bigger density capillar, better response of fibroblasts and lymphocites, higher deposit of collagen, better expression of ?-SMA and a bigger MMP activity, specially when prothesis were placed on aponeurotic surfaces. Additionaly the mechanical response was relevant resulting in a hight strength and a small stiffness; c.- about structure of composite mesh (Bard-Composix): mechanical chacarcterization in "vivo/ex vivo" of this mesh showed an optimum construction which main advantage was its small modulus of elasticity allowing a stability between the prothesis and tissues. Also morphological results showed a good adaptability of this composite prothesis on receptor tissues, reducing the cellularity and increasing matrix deposition with a good vascularitation.<br/>Conclusion: the integration of biopolymers in the abdominal wall is capable to be modificated morphological and biologicaly through exogenous interventions which could induce a functional pattern characterized for better biomechanical lendings.