Locally Transplanted Adipose Stem Cells Reduce Anastomotic Leaks in Ischemic Colorectal Anastomoses: A Rat Model

BACKGROUND: Anastomotic leakage remains a dreaded complication after colorectal surgery. Stem-cell–based therapies have been shown to increase angiogenesis and cell proliferation. OBJECTIVE: The purpose of this research was to investigate the use of adipose-derived stem cells on the healing of ischemic colonic anastomoses in a rat model. DESIGN: This is an animal research study using xenotransplantation. SETTINGS: Male Wistar rats (300–400 g, n = 48) were purchased from a licensed breeder. PATIENTS: Adipose stem cells were isolated from the subcutaneous fat of healthy human donors. INTERVENTIONS: The rats underwent laparotomy with creation of an ischemic colorectal anastomosis created by ligation of mesenteric vessels. The animals were divided into 3 groups: control group with an ischemic anastomosis, vehicle-only group in which the ischemic anastomosis was treated with an absorbable gelatin sponge, and a treatment group in which the ischemic anastomosis was treated with an absorbable gelatin sponge plus adipose stem cells. Animals were killed at postoperative days 3 and 7. MAIN OUTCOME MEASURES: Anastomotic leakage was defined as the finding of feculent peritonitis or perianastomotic abscess on necropsy. Rat mRNA expression was measured using real-time polymerase chain reaction. RESULTS: Adipose-derived stem cells significantly decreased anastomotic leakage when compared with control at both postoperative days 3 (25.0% vs 87.5%; p = 0.02) and 7 (25.0% vs 87.5%; p = 0.02). The use of an absorbable gelatin sponge alone had no effect on anastomotic leakage when compared with control and postoperative days 3 or 7. We found that stem cell–treated animals had a 5.9-fold and 7.4-fold increase in the expression of vascular endothelial growth factor when compared with control at 3 and 7 days; however, this difference was not statistically significant when compared with the absorbable gelatin sponge group. LIMITATIONS: This is a preclinical animal research study using xenotransplantation of cultured stem cells. CONCLUSIONS: Locally transplanted adipose stem cells enhance the healing of ischemic colorectal anastomoses and may be a novel strategy for reducing the risk of anastomotic leakage in colorectal surgery. See Video Abstract at http://links.lww.com/DCR/B203. EL TRANSPLANTE LOCAL DE CÉLULAS MADRE ADIPOSAS REDUCE LA FUGA ANASTOMÓTICA EN LAS SUTURAS COLORRECTALES ISQUÉMICAS: MODELO EN RATAS ANTECEDENTES: Las fugas anastomóticas son una complicación pusilánime después de toda cirugía colorrectal. Se ha demostrado que el tratamiento con células madre aumenta la angiogénesis y la proliferación celular. OBJETIVO: Investigar el uso de células madre derivadas de tejido adiposo en la cicatrización de una anastomosis colónica isquémica basada en ratas como modelo. DISEÑO: Estudio de investigación en animales utilizando xenotrasplantes. AJUSTES: Adquisición de típicas ratas de laboratorio raza Wistar, todas machos (300-400 g, n = 48) de un criadero autorizado. PACIENTES: Aislamiento de células madre de tipo adiposo del tejido celular subcutáneo en donantes humanos sanos. INTERVENCIONES: Las ratas se sometieron a laparotomía con la creación de una anastomosis colorrectal isquémica obtenida mediante ligadura controlada de los vasos mesentéricos correspondientes. Los animales se dividieron en tres grupos: grupo de control con anastomosis isquémica, grupo de vehículo único en el que la anastomosis isquémica se trató con una esponja de gelatina absorbible, y un grupo de tratamiento en el que la anastomosis isquémica se trató con una esponja de gelatina absorbible asociada a un vástago adiposo de células madre. Los animales fueron sacrificados el POD3 y el POD7. RESULTADOS PRINCIPALES: La fuga anastomótica fué definida como el hallazgo de peritonitis fecaloidea o absceso perianastomótico a la necropsia. La expresión de RNAm de las ratas se midió usando PCR en tiempo real. RESULTADOS: Las células madre derivadas de tejido adiposo disminuyeron significativamente la fuga anastomótica en comparación con el grupo control tanto en el POD3 (25% frente a 87.5%, p = 0.02) como en el POD7 (25% frente a 87.5%, p = 0.02). El uso de una esponja de gelatina absorbible sola, no tuvo efecto sobre la fuga anastomótica en comparación con los controles el POD3 o el POD7. Descubrimos que los animales tratados con células madre adiposas tenían un aumento de 5,9 y 7,4 veces en la expresión de VEGF en comparación con el control a los 3 y 7 días, respectivamente; sin embargo, esta diferencia no fue estadísticamente significativa en comparación con el grupo de esponja de gelatina absorbible. LIMITACIONES: Este es un estudio preclínico de investigación en animales que utiliza xenotrasplantes de células madre adiposas cultivadas. CONCLUSIONES: Las células madre de tipo adiposo trasplantadas localmente mejoran la cicatrisación en casos de anastomosis colorrectales isquémicas, y podrían convertirse en una nueva estrategia para reducir el riesgo de fugas anastomóticas en casos de cirugía colorrectal. Consulte Video Resumen en http://links.lww.com/DCR/B203. (Traducción—Dr Xavier Delgadillo )