Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для обеспечения репаративной регенерации спинного мозга

Изобретение относится к экспериментальной биологии и медицине, нейрохирургии.

Известно устройство «Индивидуальный изолятор», которое содержит стенки изолятора, элемент крепления к коже и отверстия для подачи и извлечения вещества из его полости. Элемент крепления в виде муфты выполнен из водонерастворимого герметика, герметично прилипающей к поверхности кожи конечности и к стенкам изолятора, выполненным из твердого материала, что обеспечивает равномерность омывания периодически сменяемым раствором тканей конечности, помещенной в полость изолятора. Смена раствора производится через два закрываемых отверстия в стенке изолятора. Технический результат - изоляция от внешней среды и обеспечение длительного непрерывного нахождения раневой поверхности, локализованной в области дистальной части конечности, использование для изучения влияния различных по своему составу жидких сред на течение раневого процесса, а также для лечения ран путем длительного и непрерывного омывания раневой поверхности различными растворами (Индивидуальный изолятор: описание изобретения к патенту №2140226 // Бюллетень изобретений. - 1999. - №30. - 27.10.99 г. /Ковалев А.В., Иванищук П.П./. Заявка №97110676/14, приоритет от 24.06.97 г.). Известное устройство нельзя использовать для исследований регенерации спинного мозга.

В 1975 году В.И. Зяблов выдвигает научную концепцию о разрушающем действии (лизис, растворение клеток и тканей нервной системы под влиянием ферментов) патологически измененного при травме центральной нервной системы, в частности спинного мозга, на ткани. Был сделан вывод, что ликвор препятствует органотипичной репаративной регенерации нервной ткани. Зяблов с соавторами разрабатывает новые способы оперативного вмешательства при травме спинного мозга, уменьшающих присутствие ликвора в зоне повреждения, в том числе, и на уровне изобретений, доказывает принципиальную возможность и практическую достижимость регенерации аксонов нервных клеток через зону повреждения спинного мозга в эксперименте при таком условии. В дальнейшем совместно с клиницистами (академик АМН СССР А.А. Корж, член-корр. АМН СССР Г.С. Юмашев) апробирует полученные им данные на спинальных больных в Москве и в Харькове и получает положительные результаты. Была впервые экспериментально подтверждена идея о патологическом лизирующем влиянии спинномозговой жидкости на поврежденную ткань спинного и головного мозга, были разработаны разные способы оперативного лечения, предотвращающие контакт поврежденного мозгового вещества с патологически измененным ликвором, способствующим образованию в зоне травмы кист и грубого глиосоединительнотканного рубца. Была разработана нейрохирургическая операция, одной из главных целей которой являлось снижение присутствия ликвора в зоне спинальной травмы (Зяблов В.И., Лысенко В.В., Розгонюк Ю.Д. Описание изобретения к авторскому свидетельству «Способ лечения повреждений спинного мозга», 2774789/28-14 от 15.10.87 г. Бюллетень изобретений, 38). Для предупреждения развития кист в области анастомоза после рассечения твердой оболочки спинномозговую жидкость (ликвор) удаляют из краниальной и каудальной частей подпаутинного пространства спинного мозга. Выше места его повреждения производят прокол по задней средней борозде спинного мозга до его центрального канала. Место соединения концов укрывают мягкой мозговой оболочкой и герметизируют. Способ временно и частично позволяет удалить ликвор из зоны травмы, но не позволяет обеспечить длительное воздействие веществ, стимулирующих органотипическую регенерацию спинного мозга.

Американским ученым удалось ускорить восстановление поврежденных нервов с помощью введения в зону повреждения особых веществ, например, полиэтиленгликоля, соответствующие исследования провели две группы специалистов Техасского университета в Остине, одной из которых руководил Кристофер Спает (С.S. Spaeth), а другой - Джордж Биттнер (G.D. Bittner). В экспериментах на крысах они выяснили, что поврежденные отростки седалищного нерва грызунов быстрее срастаются в присутствии ионов кальция. Бескальциевые растворы, в том числе содержавшие такие антиоксиданты, как ме-латонин и метиленовый синий, значительно сокращали скорость восстановления нейронов. Была разработана PEG-fusion technology, которая, несомненно, нуждается в более совершенном техническом обеспечении (Bittner GD, et al. J Neurosci Res. 2016. The curious ability of polyethylene glycol fusion technologies to restore lost behaviors after nerve severance).

Известен «Способ стимуляции посттравматической частичной регенерации конечностей, хвоста и кожи у млекопитающих» (патент РФ 2053775), проведенные исследования показали, что изотоническая водная среда (например, физиологический раствор поваренной соли) оказывает выраженное стимулирующее влияние на процесс органотипичной репаративной регенерации кожи и костно-хрящевых образований у экспериментальных животных, при этом отмечено существенное уменьшение объемной доли рубцов в регенерате, что позволило в ряде частных экспериментов говорить об атипичном, но безрубцовом заживлении кожи в изотоничном водном микроокружении. Применимость такого способа стимуляции регенерации через создание искусственных условий - локального благоприятного микроокружения или особой жидкой среды в области травмы центральной нервной системы для полноценного восстановления нервной ткани может быть проверена только при условии создания специальных новых устройств.

Цель изобретения - повысить эффективности лечения спинальной травмы, за счет стимуляции органотипичной регенерации нервной ткани в благоприятном водном микроокружении, препятствующему развитию кист и грубого глиосоединительнотканного рубца в области произошедшей травмы спинного мозга, а также обеспечить возможность длительного исследования регенерации обнаженного спинного мозга и его оболочек в особых условиях контролируемого стерильного водного окружения, при вымывании патологически измененного ликвора, а также после клеточных трансплантаций, в том числе мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, в условиях in vivo (в том числе при использовании животных моделей).

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности лечения спинальной травмы в условиях in vivo (проведение экспериментов на (или внутри) живой ткани при живом организме, а именно в эксперименте на живом модельном организме лабораторного млекопитающего) и благоприятной среде, за счет контролируемого изменения и поддержание заданного микроокружения в области травмы, препятствия избыточному лизированию поврежденной нервной ткани, стимуляции органотипичной репаративной регенерации нервной ткани и эффективного предотвращения развития рубцов.

Технический результат достигается тем, что травмированный спинной мозг в ходе предварительной операции частично обнажается и закрывается стенками камеры устройства сверху, изолирующими обнаженные ткани и анатомические образования от атмосферного воздуха, в устройство подаются специальные стерильные растворы, приближенные по своему составу и физико-химическим параметрам к нормальному ликвору, благоприятствующие регенерации нервной ткани и вымывающие из зоны повреждения патологически измененный ликвор и воспалительный экссудат. Полость камеры позволяет в различных режимах воздействовать разными веществами, в том числе, растворами с цитокинами, питательными средами и лекарственными средствами. Через дополнительное отверстие в крышке можно проводить последовательные восстановительные микрохирургические манипуляций на спинном мозга, в том числе, с применением клеточных трансплантатов и внедрением тканеинженерных конструкций, также обеспечивается возможность прямого наблюдения восстановительных процессов на длительно обнаженном спинном мозге in vivo. Предложенное устройство позволяет обеспечить эффективное вымывание ликвора и воспалительного экссудата из зоны повреждения, обеспечить благоприятную для регенерации изотоническую водную среду, а также легкий доступ, к поврежденному спинному мозгу.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлено продольное сечение Устройства для обеспечения репаративной регенерации спинного мозга (фиг. 1).

Устройство состоит из камеры с прозрачными стенками 1, герметично закрывающейся крышки 2, штуцера и трубки подачи растворов 3, штуцера и трубки аспирации растворов 4, элемента крепления 5, пластин-шин 7, туров лейкопластыря 8.

Устройство работает следующим образом: после операции по обеспечению открытого доступа к спинному мозгу и его оболочкам, сверху на спину животного крепится камера посредством прилипания элемента крепления к эпидермису неповрежденной кожи вокруг раны. Камера дополнительно крепится с помощью туров лейкопластыря и удерживается тремя независимыми шинами, повторяющих контуры тела животного. Такое крепление обеспечивает эффективную интеграцию устройства с телом. Срединно расположенная шина имеет отверстие для камеры. Через штуцеры подаются готовые растворы с контролируемыми свойствами, и извлекаются отработанные растворы с метаболитами, патологически измененным ликвором и экссудатом. Устройство позволяет выполнять функции проточной системы лечения ран, что может быть необходимо для быстрого и эффективного антибактериального лечения при инфицировании травмированных тканей.

Спинной мозг постоянно находится в контролируемом водном микроокружении (управляемой жидкой среде). С помощью шприца в область травмы может быть осуществлена клеточная трансплантация через отверстие, герметично закрывающееся крышкой емкости, возможна трансплантация тканеинженерных конструкций. В ходе эксперимента в чистой зоне может производиться замена устройства на новое стерильное, что позволяет длительно поддерживать асептические условия контролируемой жидкой среды в ране.

Работоспособность предлагаемого устройства подтверждается следующим экспериментальным примером: оперативным путем обеспечивается доступ к травмированному спинному мозгу, удаляются из области повреждения части тканей. Обнаженный спинной мозг в таком случае находится на дне раны, которая сверху закрывается камерой, края камеры повторяют форму тела и переходят в поля элемента крепления из эластичного листового полимера, которые прилипают с помощью нанесенного на их нижнюю поверхность герметика к неповрежденной коже вокруг раны. Камера имеет отверстие в своей верхней стенке с герметичной крышкой, а также два штуцера на противоположных сторонах для подачи и извлечения растворов, камера дополнительно крепиться турами лейкопластыря и тремя независимыми шинами, формирующими «внешний корсет», иммобилизирующий позвоночник. Причем, продольная шина с отверстием под камеру крепится сверху спины животного, две остальные - по бокам. В полость камеры подаются стерильные растворы со специальными свойствами. Исследовать воздействия различных растворенных веществ, в том числе биологически активных, на регенерацию нервной и соединительной тканей, спинного мозга, а также изменять состав и контролировать жидкую среду микроокружения травмированного спинного мозга на живых моделях можно в течение многих дней.