Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕФЕКТА И ПОВРЕЖДЕНИЯ СУСТАВНОГО ХРЯЩА

Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии и ортопедии, и может применяться для восстановления дефекта или повреждения хряща.

Суставной гиалиновый хрящ покрывает суставные концы костей, уменьшая силу трения, и обладает амортизационной функцией за счет своего строения и конгруэнтности суставных поверхностей. При его повреждении происходит нарушение выше названных функций, вызывая тем самым болевой синдром и другие проявления артрита, такие как ограничение движений в суставе, синовит, блокады и др., приводя к снижению активности человека.

Известен способ восстановления дефектов и повреждений суставного хряща с использованием хрящевого репарационного лоскута (патент РФ 2451527 автор(ы): МАТИС Бурхард (СН) патентообладатель(и): ЛАБОРАТУАР МЕДИДОМ С.А. (СН)), сущность которого заключается в том, что в место дефекта и/или повреждения хряща имплантируется хрящевой репарационный лоскут, который содержит три слоя: проницаемый, непроницаемый и хрящеобразующий матрикс с аутологичными клетками. Имплантация такого лоскута сопряжена с использованием артротомии (разрез до 8 см) для установки и фиксации данного трансплантата. Недостатками этого метода является то, что участок дефекта заполняется без восстановления конгруэнтости и амортизационной функции суставного хряща. Кроме того, выполнение данного оперативного вмешательства связано с использованием артротомии, что всегда сопровождается травматизацией сустава и окружающих мягких тканей и снижает функциональные результаты оперативного вмешательства. Еще один из недостатков данного метода - имплантация не хрящевой ткани с сохранением ее свойств, а только культуры

аутологичных клеток, которые не могут выполнять функции, присущие зрелой ткани.

Также известен способ 3D биопечати суставного хряща из гидрогеля и хондроцитов выращенных in-vitro с использованием магнитных наночастиц для распределения хондроцитов в созданной ткани соответственно гистологическому строению хрящевой ткани (патент US 20120214217 A1, статьи: Ferris, С.J., Gilmore, К.J., Beirne, S., McCallum, D., Wallace, G.G. & in het Panhuis, M. (2013). Bio-ink for on-demand printing of living cells. Biomaterials Science, 1 (2), 224-230; Citation: Cui, X., Gao, G., Yonezawa, Т., Dai, G. Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology. J. Vis. Exp.(88), e51294, doi:10.3791/51294 (2014), Patil, Shantanu, Nikolai Steklov, Lin Song, Won С. Bae, Darryl D. D′Lima, "Comparative biomechanical analysis of human and caprine knee articular cartilage." The Knee 21.1 (2014):119-125.). Такой трансплантат обладает свойствами зрелой хрящевой ткани, но метод его имплантации также связан с артротомическим доступом, приводящим к увеличению травматизации сустава и окружающих мягких тканей (Martin Lotz, M.D. and Darryl D. D′Lima, M.D., Ph.D. Direct Human Cartilage Repair Using. Three-Dimensional Bioprinting Technology TISSUE ENGINEERING: Part A Volume 18, 2012, 1304-1312).

Техническим результатом изобретения является улучшение качества лечения пациентов с дефектом или повреждением суставного хряща и ускорение сроков реабилитации после оперативного вмешательства за счет восстановления конгруэнтности хряща.

Технический результат достигается тем, что способ восстановления дефекта и повреждения суставного хряща включает забор мезенхимальных стволовых клеток пациента, выращивание из нихаутологичных хондроцитов, одноэтапное выполнение в рамках одной операции: артроскопии, в ходе которой определяют размер дефекта хряща, проведение его шейвирования до появления «кровавой росы», выполнение последующего сканирования дефекта хряща, результаты которого выводят на монитор компьютера, осуществление 3D биопечати хряща на основании полученной модели дефекта в трехмерной системе координат, имплантацию которого осуществляют с помощью артроскопической или артроскопически ассоциированной техники. При этом артроскопию проводят на газовой среде с использованием стерильного CO₂.

Способ осуществляют следующим образом. При выявлении в ходе обследования пациента (MPT, КТ) дефекта хряща коленного сустава травматического либо дегенеративного характера, производят забор клеток жирового тела либо крови, из которых в условиях in-vitro выделяют стволовые клетки (МСК) и инициируют рост хондроцитов, обладающих теми же генетическими и физиологическими свойствами, что и аутологичные хондроциты. После того, как выращивается достаточное количество аутологичных хондроцитов, пациент планируется на операцию. Первый этап. Положение больного на операционном столе классическое для выполнения артроскопических операций на коленном суставе: на спине, на верхнюю треть бедра оперируемой конечности накладывают пневмотурникет, но не накачивается, и нога фиксируется в специальном кольцевом держателе. Выполняют стандартный нижний передне-латеральный доступ и вводится туба артроскопа. Проводят санационно-диагностическую артроскопию на стерильном физиологическом растворе, в ходе которой устанавливают отточную канюлю для более эффективного промывания сустава, и выполняют нижний передне-медиальный доступ для введения артроскопического

инструментария. В ходе выполнения артроскопии определяют размеры дефекта хряща и проводят его шейвирование - удаление (дебридмент) соединительно тканных образований и слоя минерализованного хряща при помощи шейверной фрезы и возможно бура (костной шейверной фрезы) до появления «кровавой росы» (кровотечение из дна дефекта). Следующим этапом осушают сустав, накачивают пневмотурникет (до 260-280 мм рт.ст.) и переходят к артроскопии на газовой среде с использованием стерильного CO₂, так как сканирование в водном растворе может привести к искажению результатов, а также в водной среде невозможно использование биоклея для имплантации напечатанной ткани ввиду того, что он вымывается и не успевает приобрести свои адгезивные свойства. В порт, ближайший к дефекту хряща, вводят прибор для 3D сканирования дефекта (лазерный 3D сканер), который создает модель в трехмерной системе координат и отправляет ее на компьютер. В свою очередь при помощи компьютера в программу для 3D биопечати вводится виртуальная трехмерная модель дефекта хряща и производится 3D биопечать. Второй этап. 3D биопечать происходит в течение операции, после получения на компьютере трехмерной модели дефекта хряща. Данную методику отличает от других подобных то, что создание биоматериала для имплантации возможно параллельно ходу операции, а не откладывается на повторную операции, к которой выращивают определенный фрагмент биоматериала, содержащего хондроциты. 3D биопечать происходит на биопринтере, в картриджи которого заправлены выращенные аутологичные хондроциты, гидрогель. Биопечать идет послойно с нанесением слоя гидрогеля, на который печатаются живые клетки. Для затвердевания, сшивания возможно использовать различные методы, такие как воздействие света, электромагнитных полей, химические методы и т.д. Весь процесс 3D биопечати контролируется компьютерной программой. По окончании биопечати получается участок ткани определенного размера и формы в соответствии с имеющимся дефектом хряща, обладающий физическими и физиологическими свойствами, характерными для естественной хрящевой ткани. Третий этап. Для имплантации 3D напечатанного участка хрящевой ткани используют ближайший артроскопический порт. Артроскопия продолжается на газовой среде (СО₂). Первоначально на место обработанного дефекта наносят биоклей, затем имплантируют напечатанный участок хряща. При размере дефекта более 1,5-2 см² доставка имплантата до места назначения без травматизации последнего невозможна, в связи с чем используют артроскопически ассоциированную методику: выполняют мини артротомический доступ размером не более 3-4 см или не превышающий размер дефекта хряща и имплантацию по вышеописанной методике искусственно созданного хряща под контролем артроскопической техники.

Клинический пример 1

Пациент 26 лет, мужчина.

В анамнезе: три недели после травмы левого коленного сустава во время игры в футбол. На МРТ левого коленного сустава: повреждение внутреннего мениска, повреждение хряща суставной поверхности внутреннего мыщелка бедра с образованием свободного хондромного тела и дефекта хряща внутреннего мыщелка бедра.

Диагноз: Посттравматический остеоартроз левого коленного сустава, повреждение внутреннего мениска, свободное хондромное тело, травматический дефект суставного хряща внутреннего мыщелка бедра. У пациента взят биоматериал (жировое тело коленного сустава), из которого получены мезенхимальные стволовые клетки. В течение одной недели выращены аутологичные хондроциты и пациент подготовлен к операции. Через четыре недели после травмы левого коленного сустава пациент взят в операционную. Выполнена артроскопия левого коленного сустава, в ходе которой выявлено: повреждение заднего рога внутреннего мениска, дефект суставной поверхности внутреннего мыщелка бедра по типу «кратера» 1,2×1 см с ровными краями неправильной формы, свободное хондромное тело. Выполнено: парциальная моделирующая резекция поврежденного внутреннего мениска, удаление хондромного тела, шейвирование дна дефекта до образования «кровавой росы». Дефект хряща отсканирован, составлена трехмерная модель дефекта на компьютере. При помощи 3D биопринтера произведена печать аутологичного суставного хряща. Артроскопическая операция переведена на воздушную среду (стерильный CO₂). Медиальный доступ расширен до 1,5 см, напечатанный при помощи 3D биопринтера аутологичный хрящ, с помощью биоклея фиксирован в место дефекта. Артроскопический контроль, конгруэнтность сустава восстановлена. Швы на раны. Дозированная нагрузка через три недели после операции.

Клинический пример 2

Пациентка 45 лет, женщина.

В анамнезе: боли в области правого коленного сустава в течение одного года, с травмой не связывает.

На МРТ правого коленного сустава: дегенеративное повреждение внутреннего мениска повреждение хряща суставной поверхности внутреннего мыщелка бедра с образованием дефекта.

Диагноз: Идиопатический стеоартроз правого коленного сустава, повреждение внутреннего мениска, дефект суставного хряща внутреннего мыщелка бедра.

У пациентки взят биоматериал (жировое тело коленного сустава), из которого получены мезенхимальные стволовые клетки. В течении одной недели выращены аутологичные хондроциты и пациентка подготовлена к операции.

Пациентка взята в операционную. Выполнена артроскопия правого коленного сустава, в ходе которой выявлено: дегенеративные повреждение заднего рога и тела внутреннего мениска, дефект суставной поверхности внутреннего мыщелка бедра размером 1,5×2 см по типу кратера с дегенеративно измененными краями. Выполнено: парциальная моделирующая резекция поврежденного внутреннего мениска, тела, дефект хряща обработан шейвером, произведено микрофрактурирование субхондральной пластинки шилом до появления «кровавой росы»; дефект хряща отсканирован, на компьютере составлена трехмерная модель дефекта. При помощи 3D биопринтера произведена печать аутологичного суставного хряща. Артроскопическая операция переведена на воздушную среду (стерильный CO₂). Медиальный доступ расширен до 2 см, напечатанный при помощи 3D биопринтера аутологичный хрящ, с помощью биоклея фиксирован в место дефекта. Артроскопический контроль, конгруэнтность сустава восставновлена. Швы на раны. Дозированная нагрузка через четыре недели после операции.

Использование вышеописанного способа восстановления дефект и/или повреждения хряща, заключающегося в применении артроскпической или артроскопичеки ассоциированной техники имплантации 3D напечатанного хряща из аутологичных хондроцитов, обладающего физическими и гистологическими свойствами естественного хряща, обеспечивает закрытие дефектов любого размера и формы, с полным восстановлением конгруэнтности сустава. Способ позволяет провести всю манипуляцию одноэтапно (в ходе одной операции). В результате уменьшается травматизация сустава и сокращается восстановительный период после оперативного вмешательства.