Результат интеллектуальной деятельности: РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ СПОСОБ ЗАМЕЩЕНИЯ ДЕФЕКТА СУСТАВНОГО ХРЯЩА

Область техники

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть применено при артропластике дефектов суставной поверхности для восстановления суставного хряща.

Уровень техники

В ортопедической практике все чаще встречается такое поражение суставов, как дефекты суставного хряща. Такие дефекты являются результатом энергоемких техногенных повреждений, а также развиваются на фоне хронических системных заболеваний. В том и другом случаях при дефекте суставного хряща возникает дисконгруентность суставных поверхностей, которая приводит к развитию и прогрессированию остеоартроза. При этом устойчивость сустава к резидуальной дисконгруентности зависит от глубины и площади повреждения суставного хряща, а также его толщины. Чрезвычайно актуальной проблемой современной ортопедии и травматологии является восстановление дефектов хряща коленного сустава [Bert J. M., Maschka K. 1989; Fitzpatrick P. L., Morgan D. A. 1998; Peterson L., Menche D., Grande D., et al. 1984; Winslow A. J., Cole B. J. 2005].

Все многообразие оперативных вмешательств для восстановления дефектов суставного хряща можно разделить на несколько направлений:

- обработка дефектов для стимуляции спонтанной регенерации, путем тоннелизации, перфорации или микрофрактуризацией (микрофрактурирования) субхондральной костной пластинки [ Бур`янов О. А., 2008;. Matsusue Y., Yamamuro T., Hama H. 1993; Pridie K. H. 1959; Steadman J. R., Rodkey W. G., Singleton S. B., et al. 1997];

- замещение дефектов аутологичным материалом из кости, надкостницы, ходроидных и стволовых мезенхимальных клеток [Kyung D. B, Yoon K. H., Song S. J.,2006.; Lee C. R., Grodzinsky A. J., Hsu H. P., Spector M.,2003; . Outerbridge H. K., Outerbridge A. R., Outerbridge R. E. 1995; Steinwachs M. R., Kreuz P. C., Guhlke-Steinwachs U., Niemeyer P, 2008];

- аллопластика дефектов хряща искусственными имплантатами [Grande D., Halberstadt C., Naughton G., Schwartz R. 1997; Becher C., Huber R., Thermann H., Paessler H., Skrbensky G. 2008; Miniaci A. ,2008].

Сложность оперативного лечения дефектов суставного хряща во многом обусловлена тем, что суставной хрящ, по мнению многих исследователей вообще не регенерирует или способность хряща к регенерации резко ограничена тем, что он изолирован от центров системной регуляции и в нем отсутствуют элементы кровеносной и нервной систем.

Обработка дефектов для стимуляции спонтанной регенерации. Способы абразивной пластики, тунелизации и микрофрактуризации (микрофрактурирования) дна дефекта известны достаточно давно. Их называют по разному: «субхондральная стимуляция», «остеоперфорация», «костномозговая стимуляция». На сегодняшний день, обычно, в практике применяется микрофрактуризация с использованием специального шила ”Chodro-Picks” (производство фирмы «Arhrex». США). Механизм действия этих методов основан на открытии выхода мезенхимальных стволовых клеток костного мозга в зону дефекта суставного хряща. Мезенхимальные стволовые клетки обеспечивают формирование клеток волокнистого хряща в зоне дефекта из клеток синовиальной оболочки. Волокнистый хрящ, который заполняет дефект суставного хряща уступает по своим механическим свойствам гиалиновому хрящу здорового сустава, кроме того при микрофрактуризация дефект суставного хряща не всегда полностью заполняется волокнистым хрящем. Результаты лечения пациентов с дефектами хряща методом микрофрактуризации были неоднократно опубликованы. Анализ этих работ свидетельствует о том, что при всей простоте предлагаемых подходов к применению этого способа, прогнозировать результаты лечения затруднительно. По всей вероятности ключ к решению проблемы лежит в плоскости выбора показаний. До сих пор нет ответа на вопрос о площади дефекта суставного хряща для получения гарантированного положительного исхода путем оперативного лечения способом микрофрактуризации.

Замещение дефектов аутологичным материалом из кости, надкостницы, ходроидных и стволовых мезенхимальных клеток. Среди технологий второго направления чаще всего используется в клинике способ мозаичной пластики дефектов суставного хряща. Однако, ее терапевтический диапазон недостаточно широк. Речь идет о площади дефекта суставного хряща, который можно заместить при помощи этого способа. В начале накопления опыта применения мозаичной пластики путем пересадки костно-хрящевых цилиндров замещали дефекты большой площади. Впоследствии наблюдения показали, что замещение дефектов, в которые пересаживаются 4 и более цилиндров, является очень травматичным из-за большого объема донорской зоны. Большинство оперирующих ортопедов пришли к выводу, что мозаичная пластика наиболее эффективна при пересадке цилиндров в небольшом количестве – максимум от 3 до 4. Средняя площадь пересаженных цилиндров 1,5 см².

Большие дефекты хряща могут быть замещены при помощи пересадки аутологичных хондроцитов. Трансплантация аутологичных хондроцитов – это 2-х этапная операция, при которой в процессе артроскопии берут участок здорового хряща, из которого in vitro выращивают культуру аутологичных хондроцитов. Вторым этапом культуру хондроцитов имплантируют в дефект хряща под заплату из аутонадкостницы. В 1994 году Brittberg с соавт. впервые представили результаты трансплантации аутологичных хондроцитов у человека. Основными недостатками данного способа являются высокая стоимость, в связи с чем ограниченность применения, обусловленные наличием двухэтапного оперативного вмешательства, необходимость выполнения артротомии. Кроме того, исследования отдаленных результатов пересадки аутологичных хондроцитов показали, что они не всегда сильно отличаются от результатов микрофрактуризации, которую выполняли при тех же размерах дефектов хряща. Кроме того, первые экспериментальные исследования показывают, что после первичного формирования хрящевой ткани в последующем происходит оссификация вновь образованного слоя.

Известен способ восстановления суставного хряща (патент РФ 2146503, 2000 г.), включающий замещение дефекта хряща трансплантатами из аутохряща внутрисуставного тела, образовавшегося при полной отслойке хряща, при этом суммарная площадь трансплантатов равна площади дефекта. Однако при больших дефектах из аутохряща невозможно сформировать цилиндрические трансплантаты в необходимом количестве. Кроме того, трансплантаты из аутохряща в период перестройки не могут выполнять опорную функцию в суставе, поэтому в ранний послеоперационный период необходимо беречь конечность от нагрузки, для чего ее фиксируют, т.к. ранняя нагрузка на сустав приводит к оседанию трансплантатов и нарушению конгруэнтности сустава, что ведет к развитию деформирующего артроза.

Известен способ замещения дефектов суставного хряща костно-хрящевыми трансплантатами (Mosaic Plasty TM Osteochondral Grafting, Technique Guide, L. Hangody, A.Miniaci, G. Kish, Smith&Nephew, Inc., USA, 1997). Способ осуществляется артроскопически при повреждениях мыщелков бедра с небольшими дефектами. Трансплантаты готовят из периферических не несущих нагрузку участков бедра пателофеморального сустава и могут быть взяты как артроскопически, так и способом мини артротомии. Подготавливают дефект до уровня жизнеспособной субхондральной кости, формируют каналы на расстоянии 1-1,5 мм друг от друга, глубиной чуть больше высоты трансплантата и укладывают в них трансплантаты. Недостатком способа является то, что при подготовке аутотрансплантатов пациенту наносится дополнительная травма, а также при закрытии больших дефектов возможно ослабление донорских участков или даже повреждение надколенника. Кроме того, зачастую донорский хрящ очень тонкий и низкого качества.

Аллопластика дефектов хряща искусственными имплантатами. Известен способ пластики дефекта суставного хряща плотным аллотрансплантатом выполненным из смеси поликапролактона с гидроксиапатитом [Богатов В.Б. с соавт., 2015]. Способ осуществляется после артротомии и подготовки дефекта до уровня субхондральной кости. Дефект закрывается аллотрансплантатом, который фиксируется специальной спицей из деградируемого материала на основе полиглициллактида. Недостатком данного способа является то, что такой поликапролактон очень медленно деградирует (даже через 6 месяцев в макропрепаратах отчетливо видны аллотрансплантат и фиксирующая его спица. Гистологические исследования позволяют утверждать, что гиалиновый хрящ продуцируется непосредственно субхондральной костью под прикрытием аллотрансплантата в виде тонкого слоя, а далее к поверхности сустава образуется мощный слой фиброзной ткани далекий от структуры здорового хряща по своим механическим характеристикам.

Таким образом, возможность лечения полнослойных дефектов суставного хряща произвольного объема (в том числе площадью более 1,5 см²) малотравматичным путем является не решенной проблемой.

Сущность технического решения

Задачей, на решение которой направлен способ, является обеспечение лечения дефекта суставного хряща малотравматичным путем.

Техническим результатом является восстановление дефектной суставной поверхности до нормальной, способной длительно обеспечивать функцию сустава.

Технический результат достигается тем, что в регенеративном способе замещения дефекта суставного хряща (любого размера) осуществляемом артроскопически, осуществляют подготовку дефекта суставного хряща путем механической обработки до уровня жизнеспособной субхондральной кости. В дефект укладывают эластичный сетчатый имплантат выполненный из поликапролактона, сотканный методом электроспининга, нити которого покрыты наночастицами гидроксиапатита. Под имплантат вводят обогащенную тромбоцитарными факторами роста плазму крови. Фиксируют сустав в функционально-выгодном положении.

Предполагается, что при механической обработке суставного хряща отслаивают суставной хрящ от субхондральной кости по краям дефекта с образованием щели между субхондральной костью и суставным хрящом, края имплантата вводят в щель между субхондральной костью и суставным хрящом. Отслойку суставного хряща от субхондральной кости по краям дефекта осуществляют тонким распатором. Отслойку суставного хряща от субхондральной кости по краям дефекта осуществляют на глубину 1-2 мм. Используют имплантат толщиной 100 мкм. Сустав фиксируют в функционально-выгодном положении в течение 1 месяца.

Способ поясняется описанием, примерами практического использования и иллюстрациями, на которых изображено:

Фиг. 1 – фотография материала имплантата выполненного из поликапролактона, сотканного методом электроспининга с нитями, имеющими покрытые наночастицами гидроксиапатита;

Фиг. 2 – электроннограмма имплантата выполненного из поликапролактона, сотканного методом электроспининга, увеличение 5000х, видны нити покрытые наночастицами гидроксиапатита;

Фиг. 3 – схема дефекта суставной поверхности большеберцовой кости;

Фиг. 4 – макрофотография дефекта в опытной группе через 2 месяца после замещения дефекта, увеличение 10х, видны контуры дефекта заполненного новообразованной тканью;

Фиг. 5 – макрофотография дефекта в опытной группе через 2 месяца после замещения дефекта, увеличение 20х, показано равномерное заполнение дефекта новообразованной тканью;

Фиг. 6 – гистоструктурная организация регенерата в области полнослойного дефекта суставной поверхности кости через 2 месяца после операции: формирование участков гиалиноподобного матрикса (белые образования округлой формы – остатки деградируемого имплантата), окраска по Массону, увеличение 400х.

Пример 1.

Осуществление способа на коленном суставе. Способ применяется при артропластике дефектов суставной поверхности для восстановления хряща.

Артроскопически, осуществляют подготовку дефекта суставного хряща (фиг.3) большеберцовой кости путем механической обработки до уровня жизнеспособной субхондральной кости. В дефект укладывают тонкий суперэластичный сетчатый имплантат выполненный из поликапролактона, сотканный методом электроспининга, нити которого покрыты наночастицами гидроксиапатита (фиг.1;2). Имплантату, обрезая края, придают необходимую геометрическую форму, в соответствии с геометрической формой дефекта. Под имплантат вводят обогащенную тромбоцитарными факторами роста плазму крови. Фиксируют сустав в функционально-выгодном положении.

Пример 2.

Осуществление способа на локтевом суставе. Способ применяется при артропластике дефектов суставной поверхности для восстановления хряща. Артроскопически, осуществляют подготовку дефекта суставного хряща плечевой путем механической обработки до уровня жизнеспособной субхондральной кости. При механической обработке суставного хряща отслаивают тонким распатором суставной хрящ на глубину 1 мм от субхондральной кости по краям дефекта с образованием щели между субхондральной костью и суставным хрящом. В дефект укладывают тонкий суперэластичный имплантат толщиной 100 мкм выполненный из поликапролактона, сотканный методом электроспининга, нити которого покрыты наночастицами гидроксиапатита. Имплантату, обрезая с использованием ножниц, придают необходимую геометрическую форму, в соответствии с геометрической формой дефекта. Периферийные края имплантата вводят в щель между субхондральной костью и суставным хрящом. Под имплантат вводят обогащенную тромбоцитарными факторами роста плазму крови полученную до операции из крови пациента. Фиксируют сустав в функционально-выгодном положении на 1 месяц.

Пример 3.

Осуществление способа на голеностопном суставе. Способ применяется при артропластике дефектов суставной поверхности для восстановления хряща. Артроскопически, осуществляют подготовку дефекта суставного хряща большеберцовой путем механической обработки до уровня жизнеспособной субхондральной кости. При механической обработке суставного хряща отслаивают суставной хрящ на глубину 2 мм от субхондральной кости по краям дефекта с образованием щели между субхондральной костью и суставным хрящом. В дефект укладывают тонкий суперэластичный сетчатый имплантат толщиной 100 мкм выполненный из поликапролактона, сотканный методом электроспининга, нити которого покрыты наночастицами гидроксиапатита. Имплантату, обрезая с использованием ножниц, придают необходимую геометрическую форму, в соответствии с геометрической формой дефекта. Периферийные края имплантата вводят в щель между субхондральной костью и суставным хрящом. Под имплантат вводят обогащенную тромбоцитарными факторами роста плазму крови полученную во время операции из крови пациента. Фиксируют сустав в функционально-выгодном положении на 3 недели.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, показали, что использование имплантата, не вызывает иммуноморфологической реакции гиперчувствительности немедленного типа и в результате перестройки происходит замещение дефекта суставной поверхности костной и хрящевой тканями.

Костный мозг в субхондральном пространстве обладает достаточными остеогенными и хондрогенными потенциями, являясь источником недифференцированных клеток-предшественников остеобластов, остеокластов, фибробластови др. Сетчатый имплантат позволяет свободно циркулировать биологическим жидкостям и проникать биологическим материалам внутрь имплантата как со стороны субхондральной кости, так и со стороны полости сустава, позволяет свободно прорастать внутрь имплантата кровеносным сосудам со стороны периферии дефекта и костного дна дефекта. Вокруг капилляров быстро формирует полноценная субхондральная кость, над которой дифференцируются клетки гиалинового и фиброзного хряща. Имплантат, расположенный в суставном дефекте, полностью интегрируется с костью и хрящом (фиг.4) и быстро деградирует (фиг.6), суставная поверхность становится цельной (фиг.5) и функционально идентична анатомически здоровому суставу.

Через 2 месяца после замещения полнослойного дефекта суставной поверхности суперэластичным имплантатом выполненным из поликапролактона с введением обогащенной тромбоцитами плазмы крови на макро-уровне на поверхности дефекта наблюдается ровный блестящий непрерывный слой прозрачной беловатой хрящеподобной ткани (фиг.4;5) со структурой поверхности, аналогичной краям неповрежденного суставного хряща. Отмечается восстановление конгруэнтности суставной поверхности. Признаки воспаления отсутствуют. Объем синовиальной жидкости достаточен. Синовиальная жидкость прозрачной, аналогично таковой в интактном суставе.

Таким образом, уже через 2 месяца имплантат в большей части замещается тканевым матриксом (фиг.6). Выявленная гистологическая картина свидетельствует о перспективе дальнейшей биодеградации оставшихся волокон имплантата и возможности приобретения органотипичности строения новообразованного участка хрящевой поверхности в области дефекта. В контрольной серии на микроуровне в области дефекта суставной выстилки отмечается формирование рыхлой волокнистой соединительной ткани с микрососудами.