• 2014
  • 2013
  • 2012
  • 2011
  • 2010
  • 2009
  • 2008

The journal «ONCOSURGERY» 2013, Vol.5, No 1

Reconstruction of upper respiratory tract in oncological patients

Rebrikova IV1, Reshetov IV1, Vasiliev AV2, Batuhtina EV3, Kiseleva EV2

1) PA Herzen Moscow Cancer Research Institute,
2) NK Koltzov Institute of Developmental Biology,
3) Postgraduate Institute of the Federal Medical-Biological Agency of Russia, Oncology and Plastic Surgery Department,
Moscow, Russia
Contact: Rebrikova Irina Valerievna, e-mail:

Study purpose: according on the description and analysis of main ways of restoring the upper respiratory tract identify problems of reconstruction of larynx and trachea, identify the most promising direction.

Many ways of reconstruction of upper respiratory tract with remaining fragments of larynx and trachea cartilage, advanced neck and chest flaps, free flaps, autologous and allogeneic ribs, ear and nasal septum cartilage, implants of various polymer materials, nylon, silicone, teflon, polypropylene, polytetrafluoroethylene, marleksa, metals and their alloys, and also cases of allogeneic trachea transplantation are described in the literature.

The existing methods have several disadvantages, they are not effective enough because they do not allow to restore all components of organ, including the epithelial lining, bone and cartilaginous skeleton, as well as functionally sufficient volume and shape of organ using a homogeneous (similar in morphological, anatomical and functional structure) material.

Promising new direction in the larynx and trachea reconstruction is applying tissue engineering methods. Research on the selection of the optimal scaffold made of natural, synthetic, composite materials to provide the necessary conditions for cell implantation, its growth and differentiation has been made.

Conclusion: basic problems of reconstruction of the upper respiratory tract are formulated on the base of literature review.

Further research and development in the field of tissue engineering in terms of reconstruction of all constituent elements of the upper respiratory tract on the morpho-functional basis,eli minating not only physical and mechanical defects, but also biological (metabolic) functions are promising and up to date.

The work was performed as part of the grant of the Russian Foundation for Basic Research (RFBR) #12-04-01557-а dated September 26th 2012.

KEY WORDS: upper respiratory tract, reconstruction, tissue engineering.

References

  1. Батухтина Е.В. Реконструкция верхних дыхательных путей с использованием тканевого эквивалента у онкологических больных: Дис. канд. мед. наук. М.: 2006.
  2. Быстренин А.В. Опыт восстановления каркаса шейного отдела трахеи с использованием полуколец из реберного аутохряща. Вестник оториноларингологии. 2005; 1: 41–43.
  3. Быстренин А.В. К оценке результатов хронического лечения по восстановлению просвета гортани и трахеи при их хронических стенозах. Вестник оториноларингологии. 2000; 6: 27–28.
  4. Волков А.В. Тканевая инженерия трахеи – анализ первого клинического наблюдения. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2005; 2: 24–25.
  5. Гюнтер В.Э., Дамбаев Г.Ц., Сысолятин П.Г. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Томск. 1998; 487.
  6. Дармаков В.В., Трофимов Е.И., Бойкова Н.Э., Фуки Е.М. Импланты с памятью формы в реконструктивной хирургии гортани и трахеи. Сибирский онкологический журнал. 2006: S1: 40.
  7. Кашманов А.Е. Онкологические результаты и состояние дыхательной функции больных после расширенных и комбинированных резекций гортани с эндопротезированием по поводу рака III-IV стадии: Автореф. дис. канд. мед. наук. М.: 2005.
  8. Кирасирова Е.А., Каримова Ф.С. Использование биоматериала Аллоплант и гемостатического материала Сержисел в реконструктивной хирургии гортани и трахеи. Вестник оториноларингологии. 2007; 5: 33–34.
  9. Козловская Е.В., Шинкарев С.А., Подольский В.Н. Нижний трапециевидный лоскут: варианты формирования, возможности использования: Материалы XXI межрегион. науч.-практ. конф. «Состояние здоровья населения Центрального федерального округа. Актуальные проблемы онкологии». Липецк. 2008; 96–101.
  10. Кульбакин Д.Е., Мухамедов М.Р., Гюнтер В.Э. Метод комбинированной реконструкции гортани после обширных резекций у онкологических больных: Материалы IX конгресса молодых ученых и специалистов «Науки о человеке». Томск: СибГМУ. 2010; 113.
  11. Миланов Н.О., Гудовский Л.М., Паршин В.Д., Трофимов Е.И. Хирургическая аутопластика обширных дефектов трахеи. Анналы пластической, реконструктивной и эстетической хирургии. 1998; 2: 9–17.
  12. Мухамедов М.Р., Чойнзонов Е.Л., Демочко В.Б., Кульбакин Д.Е. Органосохраняющее хирургическое лечение рака гортани (по материалам отделения опухолей головы и шеи НИИ онкологии СО РАМН за 1998-2008 гг.). Вестник РОНЦ им. Н.Н. Блохина. 2009; 20(2) (прил.1): 81–82.
  13. Мухамедов М.Р. Разработка, клиническая апробация органо- и функционально-сохраняющих технологий хирургического лечения с применением имплантатов изникелида титана и реабилитации больных местно-распространенным раком гортани: Автореф. дис.… д-ра мед. наук. Томск. 2005.
  14. Мухамедов М.Р., Кицманюк З.Д., Чойнозов Е.Л., Гюнтер В.Э. Новые технологии на основе биоадаптированных материалов из никелида титана в комбинированном лечении рака гортани. Бюлл. СО РАМН. 2003; 2: 87–92.
  15. Мухамедов М.Р., Балацкая Л.Н., Чойнзонов Е.Л., Гюнтер В.Э.,Черемисина О.В. Комплексная реабилитация больных местно-распространенным раком гортани на этапах комбинированного лечения. Сибирский онкологический журнал. 2006; 4: 20.
  16. Неробеев А.И. Пластическое закрытие обширных дефектов глотки и шейной части пищевода кожно-жировыми и кожно-мышечными лоскутами с осевым кровоснабжением. Вестник оториноларингологии. 1982; 3: 47–51.
  17. Ольшанский В.О., Трофимов Е.И. Функционально-сохранные операции при раке гортаноглотки: Методические рекомендации. М.: МНИОИ. 1997.
  18. Паршин В.Д., Порханов В.А. Хирургия трахеи с атласом оперативной хирургии. М.: Альди-принт. 2010; 248–261.
  19. Решетов И.В. Реконструктивная и пластическая хирургия опухолей головы и шеи. Практическая онкология. 2003; 4(1): 9–14.
  20. Решетов И.В., Чиссов В.И., Васильев А.В., Батухтина Е.В., Роговая О.С. Перспективы многокомпонентной биоинженерной реконструкции верхних дыхательных путей у онкологических больных. Анналы пластической, реконструктивной и эстетической хирургии. 2006; 4: 133.
  21. Решетов И.В., Кравцов С.А. Пластическая реконструкция глотки и шейного отдела пищевода: Литературный обзор. Анналы пластической, реконструктивной и эстетической хирургии. 1999; 3-4: 114–127.
  22. Трофимов Е.И., Дармаков В.В., Бойкова Н.Э. Комбинированная горизонтальная резекция гортани при лечении больных первичным раком гортаноглотки. Российская оториноларингология. 2004; 2: 134–136.
  23. Тышко Ф.А. Хирургическое лечение больных с посттравматическими стенозами гортани и трахеи: Автореф. дис. д-ра мед. наук. Киев. 1981.
  24. Чиж Г.И. Рак гортани. Избранные вопросы органосохранного лечения: Монография. Ростов-на-Дону: Ростиздат. 2004; 110.
  25. Чиссов В.И., Cтаринский В.В., Петрова Г.В. Злокачественные новообразования в России. М., 2012.
  26. Чойнзонов Е.Л., Мухамедов М.Р., Балацкая Л.Н. Рак гортани. Современные аспекты лечения и реабилитации. Томск: Изд-во НТЛ, 2006; 280.
  27. Шинкарев С.А., Козловская Е.В., Подольский В.Н. Новые возможности использования трапециевидного кожно-мышечного лоскута в онкологи.Вестник РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН. 2008; 1(3): 80–86.
  28. Шинкарев С.А., Припачкина А.П., Подольский В.Н., Козловская Е.В., Харин Д.В., Пикалов О.А., Коренев А.А. Роль трапециевидного кожно-мышечного лоскута в пластике при операциях по поводу опухолей головы и шеи:Материалы XIXмежрегион. науч.-практ. конф. «Актуальные вопросы модернизации регионального здравоохранения». Липецк. 2006; 195–197.
  29. Ягудин Р.К., Ягудин К.Ф. Аллопластика ларинготрахеостомы полипропиленовой сеткой Эсфил. Вестник оториноларингологии. 2007; 1: 32–36.
  30. Al-KhudariS, Sharma S, Young W, Stapp R, Ghanem TA. Osteocutaneous radial forearm reconstruction of large partial cricotracheal defects. Head Neck. 2012; Sep 18. doi: 10.1002/hed.23088.
  31. Badylak SF, Freytes DO, Gilbert TW. Extracellular matrix as a biological scaffold material: Structure and function. Acta Biomater. 2009; 5: 1–13.
  32. Baiguera S, Macchiarini P Trachea. In: Regenerative Medicine – From Protocol to Patient. Steinhof G., ed.– Springer. 2011; 691–711.
  33. Birchall MA, Lorenzb RR, Berkec GS, Gendend EM, Haugheye BH, Siemionowf M. Laryngeal transplantation in 2005: A review. Am J Transplant. 2006; 6: 20–26.
  34. Crapo PM, Gilbert TW, Badylak SF. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 2011; 32: 3233–3243.
  35. Charlothe J. Head and neck cancer in 1994: A change in the standard of care. Nat Cancer Just. 1999; 86(4): 250–252.
  36. Dalaere PR, Hermans R, Hardillio J, Van Den Hof B. Prefabrication of composit tissue for improvedtracheal reconstraction. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2001; 110: 849–860.
  37. Delaere P, Vranckx J, Verleden G, De Leyn P, Van Raemdonck D. Leuven Tracheal Transplant Group. Tracheal allotransplantation after withdrawal of immunosuppressive therapy. N Engl J Med. 2010; 362: 138–145.
  38. Delaere Р. Laryngotracheal reconstruction. Springer. 2004.
  39. PfiserDG, Laurie SA, Weinstein GS, et al. Практические рекомендации ASCO: органосохраняющий подход к лечению рака гортани. J Clin Oncol. 2006; 24(22): 77–85.
  40. Fishman JM, De Coppi P, Elliott MJ, Atala A, Birchall MA, Macchiarini P. Airway tissue engineering. Expert Opin Biol Ther. 2011; 11(12): 1623–1635.
  41. Fountain H. Synthetic windpipe is used to replace cancerous one. New York Times, January. 12, 2012.
  42. Gallagher TQ, Hartnick CJ. Cricotracheal resection and thyreotracheal anastomosis. Adv Otorhinolaryngol. 2012; 73: 42–49.
  43. Gallagher TQ, Hartnick CJ. Laryngotracheal reconstruction. Adv Otorhinolaryngol. 2012; 73: 31–38.
  44. Jallali N, James S, Elmiyeh B, Searle A, Ghattaura A, Dwivedi RC, Kazi R, Harris P. The current role of tissue engineering in head and neck reconstruction. Indian J Cancer. 2010; 47(3): 274–279.
  45. Janssen LM, et al. Tracheal reconstruction. Mucosal survival on porous titanium. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 2009; 135 (5): 472–475.
  46. Jungebluth P, et al. Tracheobronchial transplantation with a stem-cell-seeded bioartificial nanocomposite: A proof-of-concept study. Lancet. 2011; 378: 1997–2004.
  47. Jungebluth P, Moll G, Baiguera S, Macchiarini P. Tissue-engineered airway: A regenerative solution. Rev Clin PharmacolTherap. 2012;91: 81–93.
  48. Kim J, Suh SW, Shin JY, Kim JH, Choi YS, Kim H. Replacement of a tracheal defect with a tissue-engineered prosthesis: early results from animal experiments. J Thorac Cardiovasc Surg. 2004; 128: 124–129.
  49. Kim DY, et al. Tissue-engineered allograft tracheal cartilage using fbrin/hyaluronan composite gel and its in vivo implantation. Laryngoscope. 2010; 120: 30–38.
  50. Klepetko W, Marta GM, Wisser W, et al. Нeterotopic tracheal transplantation with omentum wrapping in the abdominal position preserves functional and structural integrity of a human tracheal allograft. J Thorac Cardiovasc Surg. 2004; 127: 862–867.
  51. Kobayashi K, Suzuki T, Nomoto Y, Tada Y, Miyake M, Hazama A, Wada I, Nakamura T, Omori K. A tissue-engineeredtracheaderived from a framed collagen scaffold, gingival fibroblasts and adipose-derived stem cells. Biomaterials. 2010; 31(18): 4855–4863.
  52. Luo JS, Cui PC, Gao PF, Nan H, Liu Z, Sun YZ. Reconstruction of tracheal wall defect with a mesh patch of nickel-titanium shape-memory alloy. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2011; 120(3): 198–203.
  53. Macchiarini P, Walles T, Biancosino C, Mertsching H. First human transplantation of a bioengineered airway tissue. J Thorac Cardiovasc Surg. 2004; 128: 638–641.
  54. Macchiarini Р, Philipp J, Tetsuhiko G, et al. Clinical transplantation of a tissue-engineered airway. Lancet. 2008; 372: 2023–2030.
  55. Nakamura T, Teramachi M, Sekine T, et al. Artificial trachea and long term follow-up in carinal reconstruction in dogs. Int J Artif Organs. 2000; 23: 718–724.
  56. Nomoto Y, Okano W, Imaizumi M, Tani A, Nomoto M, Omori K. Bioengineered prosthesis with allogenic heterotopic fibroblasts for cricoid regeneration. Laryngoscope. 2012; 122(4): 805–809.
  57. He X, Lu H, Kawazoe N, Tateishi T, Chen G. A novel cylinder-type poly(L-lactic acid)-collagen hybrid sponge for cartilage tissue engineering. Tissue Eng Part C Methods. 2010; 16(3): 329–338.
  58. Hoshiba T, Lu H, Kawazoe N, Chen G. Decellularized matrices for tissue engineering. Expert Opin Biol Ther. 2010; 10: 1717–1728.
  59. Omori K, Nakamura T, Kanemaru S, Asato R, Yamashita M, Tanaka S, Magrufov A, Ito J, Shimizu Y. Regenerative medicine of the trachea: the first human case. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2005; 114:429–433.
  60. Omori K, et al. Clinical application of in situ tissue engineering using a scaffolding technique for reconstruction of the larynx and trachea. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2008; 117: 673–678.
  61. Partington L, Mordan NJ, Mason C, Knowles JC, Kim HW, Lowdell MW, Birchall MA, Wall I. Biochemical changes caused by decellularization may compromise mechanical integrity of tracheal scaffolds. Acta Biomater. 2012; 8: 1742–7061.
  62. Peirong Yu, Clayman G, Walsh G. Long-term outcomes of microsurgical reconstruction for large tracheal defects. Cancer. 2011; 7: 802–808.
  63. Randestad A, Lindholm CE, Fabian P. Dimensions of the cricoid cartilage and the trachea. Laryngoscope. 2000; 110: 1957–1961.
  64. Randolph MA, Anseth K, Yaremchuk MJ. Tissue engineering of cartilage. Clin Plast Surg. 2003; 30: 519–537.
  65. Rose KG, Sesterhenn K, Wustrow F. Tracheal allotransplantation in man. Lancet. 1979; 1: 433.
  66. Rosso F, Giordano А, Barbarisi M, Barbarisi А. From cell-ECM interactions to tissue engineering. J Cell Physiol. 2004, 199: 174–180.
  67. Strome M, Stein J, Esclamado R. Laryngeal transplantation and 40-month follow-up. N Engl J Med. 2001; 344: 1676–1679.
  68. Urken M. Advances in head and neck reconstruction. Laryngoscope. 2003; 113; 1473–1476.
  69. Vrana NE, Dupret-Bories A, Bach Ch, Chaubaroux Ch, Co-raux Ch, et al. Modification of macroporous titanium tracheal implants with biodegradable structures: tracking in vivo integration for determination of optimal in situ epithelialization conditions. Biotech Bioeng. 2012; 9999: 1–13.
  70. Walles T, Giere B, Hofmann M, Schanz J, Hofmann F, Mertsching H, Macchiarini P. Experimental generation of a tissue-engineered functional and vascularized trachea. J Thorac Cardiovasc Surg. 2004; 128: 900–906.
  71. Walles T, Giere B, Macchiarini P, Mertsching H. Expansion of chondrocytes in a three-dimensional matrix for tracheal tissue engineering. Ann Thorac Surg. 2004; 78: 444–448.
  72. Weidenbecher M, Tucker HM, Awadallah A, Dennis JE. Fabrication of a neotrachea using engineered cartilage. Laryngoscope. 2008; 118: 593–598.
  73. Wurtz A, Porte H, Conti M, Dusson C, Desbordes J, Copin M-Ch, Marquette Ch-H. Surgical technique and results of tracheal and carinal replacement with aortic allografts for salivary gland-type carcinoma. J Thorac Cardiovasc Surg. 2010; 140: 387–393.
  74. Zhao F, Zhang Y, Liu S, Yu J. Artificial trachea reconstruction with two-stage approach using memory-alloy mesh. Chin Med. J 2003; 116(12): 1949–1951.

P. 73-79

Publishers
«Oncokhirurgia Info»

10 Vostochnaia ul., suite 16, Moscow, 115280
Tel./fax: +7(499) 426-46-22
Tel.: +7(915) 356-03-07
E-mail:
URL: oncosurgery.oncology.ru


РСХО