Результат интеллектуальной деятельности: Способ ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей

Изобретение относится к области медицины, в частности к ортопедии и травматологии, и может быть использовано для ускорения формирования костного дистракционного регенерата при лечении больных с заболеваниями и повреждениями костей скелета, такими как врожденные и приобретенные укорочения конечностей, при остеомиелитах и онкологических заболеваниях, при коррекции формы и длины ног с косметической целью.

Известен углерод-углеродный имплантат «Гарго» (регистрационное удостоверение ФСР №2008/03617 от 19 ноября 2008 г.), который имеет различную величину и форму и предназначен для замещения межтеловых диастазов при лечении заболеваний позвоночника (М.В. Беляков, В.Н. Гусева, А.Ю. Мушкин, Т.И. Виноградова, О.А. Маничева, С.К. Гордеев. Использование многофункциональных углеродных имплантатов в хирургии воспалительных заболеваний позвоночника // Хирургия позвоночника. 2010. №1. С. 57-61).

Однако известный имплантат не может быть использован для ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей при лечении больных с врожденными и приобретенными укорочениями конечностей, так он производится с использованием другой технологии и имеет другую форму.

Известно, что у экспериментальных крыс и собак при замещении окончатого дефекта большеберцовой кости с использованием сетчатого имплантата из никелида титана марки ТН-10 создаются благоприятные условия для адгезии периваскулярных клеток, что способствует массовому накоплению минерализованного матрикса. Это активизирует остеогенез в предимплантационной зоне и позволяет сформировать остеоинтегративное соединение и замещение дефекта в наиболее ранние сроки (Ирьянов Ю.М., Борзунов Д.Ю., Чернов В.Ф., Чернов А.В., Дюрягина О.В., Аксенов Д.И. Остеоинтеграция сетчатых конструкций никелида титана и репаративное костеобразование при их имплантации // Гений ортопедии. 2014, №4. С. 76-80).

Однако известный имплантат не обладает достаточной механической прочностью и не используется для восстановления длины диафиза костей и ускорения формирования костного дистракционного регенерата при лечении пациентов с врожденными и приобретенными укорочениями костей конечностей.

Известно, что у пациентов при удлинении голеней методом билокального дистракционного остеосинтеза и при стандартном темпе дистракции в 13 случаях из 132 происходило снижение репаративного процесса (Аранович A.M., Диндиберя Е.В., Климов О.В., Новиков К.И. Ошибки и осложнения при удлинении голени у больных ахондроплазией // Травматология и ортопедия России, 2005. Т1(34). С. 36-37). В результате сроки формирования «зрелого» дистракционного регенерата значительно увеличивались.

Известно, что в эксперименте у взрослых беспородных собак при замещении диафизарных дефектов берцовых костей протяженностью 15-20% методом дистракционного остеосинтеза полное замещение дефекта костной тканью отмечается к 90 суткам опыта, что позволяет снять аппарат (Шевцов В.И., Дьячков А.Н., Ручкина И.В., Камерин В.К. Сравнительная характеристика формирования регенерата при замещении дефектов трубчатых костей в различных условиях остеосинтеза // Человек и его здоровье: материалы 10 юбил. Конгресса. - СПб., 2005. С. 121).

Однако известные сроки полного замещения дефекта костной тканью являются достаточно продолжительными, что не позволяет в ранний период прекратить аппаратную фиксацию.

Известен способ стимуляции дистракционного замедленно созревающего регенерата трубчатых костей, заключающийся в том, что зону дефекта дистракционного регенерата освобождают от рубцово-измененного соединительнотканного компонента путем веерообразного высверливания и после этого инъекционно рыхло заполняют гелеобразным наноструктурированным композитным имплантатом. Имплантат содержит обогащенную тромбоцитами аутоплазму, смешанную с гранулами комплексного аллопластического препарата на основе смеси гидроксилаппатита с коллагеном. Обогащенную тромбоцитами аутоплазму получают путем забора за 2-4 часа до операции. Гелеобразный наноструктурированный композитный имплантат может дополнительно содержать коллоидный раствор наночастиц нульвалентного металлического серебра Ag⁰, или золота Au⁰, или меди Cu⁰, или палладия Pd⁰, или платины Pt⁰, в том числе без примесей катионов этих металлов (патент РФ 2495638 С1, опубл. 20.10.2013, бюл. №29).

Однако в известном способе процесс изготовления используемого имплантата является достаточно трудоемким, требует применения дорогостоящего биохимическою оборудования и реактивов, а также имплантат не обладает механической прочностью, не является матриксом для прорастания микрососудов, органического матрикса, адгезии клеток, участвующих в коллагено- и остеогенезе.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей с целью сокращения периода аппаратной фиксации путем введения в него углеродного наноструктурного имплантата.

Техническим результатом является создание способа для ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей, не требующего применения дорогостоящего биохимического оборудования и реактивов, связанного с использованием имплантата, обладающего механической прочностью, биоинертностью и биосовместимостью с окружающими тканями, являющегося матриксом для прорастания микрососудов, органического матрикса и адгезии клеток, участвующих в коллагено- и остеогенезе, и позволяющего сократить сроки аппаратной фиксации.

Технический результат достигается тем, что в разработке способа ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей, включающем удлинение трубчатой кости на необходимую величину с использованием аппарата внешней фиксации, после этого кость удлиняют еще на 4 мм и в костный регенерат помещают углеродный наноструктурный имплантат цилиндрической формы с концами в виде усеченного конуса, диаметр имплантата составляет 30% от диаметра кости, а его длина превышает необходимую величину удлинения кости на 4 мм. После установки имплантата костные отломки сближают до получения необходимой величины удлинения и таким образом, чтобы концы имплантата были внедрены в костномозговые каналы проксимального и дистального костных отломков на величину 2 мм в каждый отломок, и осуществляют фиксацию аппаратом до формирования прочного опороспособного костно-углеродного блока, а период аппаратной фиксации сокращается на 25-30%. При этом используемый для ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей наноструктурный углеродный имплантат может дополнительно содержать антибиотик широкого спектра действия.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием, прилагаемыми фото и рентгенограммами, на которых:

Фиг. 1 - копия рентгенограмм костей голени согласно изобретению, конец периода дистракции;

Фиг. 2 - фото сформированного ложа в дистракционном костном регенерате для установки наноструктурного углеродного имплантата согласно изобретению;

Фиг. 3 - фото углеродного наноструктурного имплантата, помещенного в сформированное ложе;

Фиг. 4 - копия рентгенограмм костей голени согласно изобретению после установки наноструктурного углеродного имплантата в костный дистракционный регенерат;

Фиг. 5 - фото наноструктурного углеродного имплантата согласно изобретению;

Фиг. 6 - копия рентгенограмм костей голени согласно изобретению, формирование прочного опороспособного костно-углеродного блока, фиксация 35 суток;

Фиг. 7 - фото области дистракционного костного регенерата через 35 суток после имплантации согласно изобретению;

Фиг. 8 - электронное изображение согласно изобретению срединной части наноструктурного углеродного имплантата с распределенным аморфным гидроксиаппатитом Са, СЭМ.370х, фиксация 35 суток;

Фиг. 9 - электронное изображение согласно изобретению артерии мелкого калибра в структуре имплантата, СЭМ. 750х, фиксация 35 суток;

Фиг. 10 - электронное изображение согласно изобретению остеобласта, адгезированного на поверхности импланта в состоянии активного остеогенеза, СЭМ. Ув. 1100х, фиксация 35 суток.

Способ осуществляют следующим образом.

Выполняют остеотомию кости. Отломки фиксируют при помощи наружной аппаратной конструкции с возможностью выполнения дистракции. Дистракцию начинают через 3-7 суток после операции с темпом 0,25 мм за 4 приема до получения необходимой длины сегмента. После этого кость удлиняют еще на 4 мм. После окончания удлинения выполняют продольный разрез параоссальных мягких тканей в области дистракционного костного регенерата и формируют ложе для установки углеродного наноструктурного имплантата. Углеродный наноструктурный имплантат имеет эллипсовидную форму с концами в виде усеченного конуса. Диаметр имплантата соответствует 30% от диаметра кости, а длина на 4 мм больше необходимой величины удлинения. Размеры сформированного ложа соответствуют размерам углеродного наноструктурного имплантата. В сформированное ложе помещают углеродный наноструктурный имплантат. После установки имплантата костные фрагменты сближают до получения необходимой величины удлинения и таким образом, чтобы концы имплантата были внедрены в костномозговые каналы проксимального и дистального костных фрагментов, на 2 мм в каждый фрагмент. Это обеспечивает фиксацию имплантата в тканях регенерата и тем самым предотвращает его миграцию. Костные отломки фиксируют аппаратом до формирования прочного опороспособного костно-углеродного блока. При этом период аппаратной фиксации сокращается на 25-30%.

При этом используемый для ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей наноструктурный углеродный имплантат перед его помещением в подготовленное ложе, с целью профилактики инфекционных осложнений, пропитывается антибиотиком широкого спектра действия.

Пример выполнения способа

У наркотизированного экспериментального животного (собака) в условиях операционной с целью последующего удлинения, смоделирован острый циркулярный дефект диафиза костей правой голени. Величина дефекта составила 28 мм (16% от исходной длины сегмента). Костные отломки фиксированы аппаратом Илизарова, который состоит из двух подсистем (проксимальной и дистальной). Подсистемы соединены между собой резьбовыми стержнями с возможностью последующей дистракции. Отломки сближены до полного контакта.

На рентгенограммах, выполненных после операции, ось костей голени правильная. Контуры концов отломков ровные, четкие. Диаметр концов отломков в области их контакта 12 мм. Межфрагментарный диастаз нитевидной формы.

Через 5 суток после операции для восстановления длины костей голени начата дистракция по резьбовым стержням, соединяющим подсистемы аппарата в режиме 1 мм в сутки за 4 приема на протяжении 28 суток. После этого дистракция продолжена в том же режиме еще в течение 4 суток.

По окончании общего периода дистракции на рентгенограммах (Фиг. 1) ось костей голени правильная. Между проксимальным и дистальным отломками определяется диастаз, высота которого составляет 32 мм. В полости диастаза определяются тени дистракционного костного регенерата зонального строения и гипопластического типа (напоминает форму песочных часов). Хорошо визуализируются проксимальный и дистальный костные отделы регенерата, а также срединная зона просветления (соединительнотканная зона роста). В проекции соединительнотканной зоны роста диаметр регенерата 10 мм, что меньше диаметра костных отломков на 2 мм. Периостальные компоненты регенерата не объединяются между собой.

При клинической пробе определяется патологическая подвижность в проекции соединительнотканной прослойки дистракционного костного регенерата.

В этот период в условиях операционной наркотизированному животному, после обработки операционного поля 5% спиртовым раствором йода, с медиальной поверхности правой голени выполнен продольный разрез параоссальных тканей в проекции сформированного костного дистракционного регенерата. При помощи хирургического инструментария раздвинуты ткани костного регенерата в продольном и поперечном направлении, сформировано ложе, размеры которого соответствуют размерам углеродного наноструктурного имплантата (Фиг. 2). Имплантат помещен в сформированное ложе (Фиг. 3). Имплантат имеет эллипсовидную форму длиной 32 мм (что больше необходимой величины дистракционного регенерата на 4 мм) и диаметром 4 мм, что составляет 30% от диаметра диафиза кости (Фиг. 4). Ткани регенерата и мягкие ткани соединены узловыми швами. После имплантации начата фиксация аппаратом до формирования прочного опороспособного костно-углеродного блока.

При клинической пробе, выполненной сразу после имплантации, патологическая подвижность в проекции соединительнотканной прослойки костного регенерата не определяется.

На рентгенограммах, выполненных непосредственно после имплантации (Фиг. 5), ось костей голени правильная. Визуализируется зональное строение дистракционного костного регенерата. Диаметр регенерата в области соединительнотканной прослойки 12 мм (что больше дооперационного уровня на 2 мм).

Подобные результаты клинической пробы и рентгенографического исследования, выполненные непосредственно после имплантации, указывают на высокую механическую прочность углеродного наноструктурного имплантата.

На протяжении эксперимента общее состояние животного удовлетворительное. Со стороны основных систем организма патологии не выявлено. Не зарегистрировано отклонений в потреблении корма и воды, изменения поведенческих реакций, а также осложнений неврологического характера. Нет изменений состояния волосяного и кожного покровов, окраски слизистых оболочек.

Заживление раневых поверхностей кожи области шва по первичному натяжению. Реакций воспалительного характера мягких тканей в области имплантации не выявлено. Признаков миграции наноструктурного углеродного имплантата не выявлено. Подобная клиническая картина свидетельствует о биоинертности и биосовместимости наноструктурного углеродного имплантата с окружающими тканями.

Через 35 суток фиксации аппаратом на рентгенограммах (Фиг. 6) ось костей правой голени правильная. Деформация костного регенерата в области имплантации не определяется. Костный регенерат нормопластического типа и представлен в виде высокорентгеноконтрастных теней гомогенной структуры. Зона роста не определяется. Сформирована непрерывная корковая пластинка. При клиническом исследовании патологическая подвижность и болезненность в области имплантации не определяется.

Подобная рентгенографическая картина и результаты клинического исследования свидетельствуют о формировании прочного опороспособного костно-углеродного блока.

В этот период (через 35 суток фиксации) наружная аппаратная конструкция демонтирована. В сравнении с известными данными срок фиксации сокращен на 30%.

По окончании периода фиксации (35 суток) животное подверглось плановой эвтаназии путем внутривенного введения тиопентала натрия (гексенала) в количестве 45 мг/кг живого веса.

При послойном анатомическом препарировании правой голени миграция, механическое повреждение имплантата и имбибиция тканей углеродным наноструктурным материалом не определяется (Фиг. 7).

К этому сроку методом сканирующей электронно-зондовой микроскопии со стороны костных отломков в зоне контакта с имплантатом и на поверхности имплантата определено формирование тяжей костных структур. Содержание кальция в этих зонах составляет 3-5 весовых %. В срединной части имплантата регистрируется отложение аморфной формы костного гидроксилаппатита (Фиг. 8) с содержанием кальция от 0,3 до 1,9 весовых %. В порах имплантата наблюдается органический матрикс в виде слабоминерализованного волокнистого компонента, микрососудов (Фиг. 9), адгезированных клеток, участвующих в коллагено- и остеогенезе (Фиг. 10).

Предлагаемый способ не требует применения дорогостоящего биохимического оборудования и реактивов, позволяет ускорить формирование дистракционного регенерата и сократить период аппаратной фиксации на 25-30% при удлинении трубчатых костей как с косметической целью, так и в случаях замещения посттравматических и врожденных укорочений конечностей, при остеомиелитах и онкологических заболеваниях костей. Установлена биологическая инертность и биосовместимость используемого наноструктурного углеродного имплантата с окружающими мягкими тканями, его высокая механическая прочность. Показано, что наноструктурный углеродный имплантат является матриксом для прорастания микрососудов, органического матрикса и адгезии клеток, участвующих в коллагено- и остеогенезе.

Проведенный заявителями анализ способов стимуляции остеогенеза, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволили установить, что заявители не обнаружили аналог, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом способе ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявление соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию "изобретательский уровень" заявители провели дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения.

Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителями, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявляемое изобретение "Способ ускорения формирования дистракционного регенерата трубчатых костей" соответствует критерию "изобретательский уровень".

Критерий "промышленная применимость" подтверждается тем, что предлагаемое изобретение может быть успешно использовано в медицинских учреждениях Российской Федерации и стран СНГ.