Журнал «Травма» Том 11, №1, 2010

Несмотря на значительные успехи в хирургической технике, лечение переломов кости может сопровождаться развитием осложнений. Замедленное или полное несращение переломов кости развивается в 5% случаев всех переломов и до 20% случаев высокоэнергитичных переломов [9]. Предотвращение развития подобных осложнений, стимуляция процессов репаративной регенерации кости, а также лечение больших костных дефектов, формирующихся после тяжелых травм или различных заболеваний, требуют новых подходов с использованием биологически активных материалов и тканевого инжиниринга. В настоящее время в клинической практике с целью замещения костных дефектов используют кальций-фосфатные материалы [13], для активизации остеогенеза применяют обогащенную тромбоцитами аутоплазму (Platelet-Rich Plasma – PRP) [14,15].

В данной работе изучены особенности заживления сегментарных дефектов лучевой кости "кроликов при имплантации PRP и «Коллапана».

Материал и методы

Экспериментально-морфологическое исследование проведено на 60 кроликах породы шиншилла (разделены на 4 группы, в каждой по 15 животных), массой 4 ± 0,5 кг. Под наркозом животным формировали дефект лучевой кости 0,6-0,7 см. с обнажением костномозгового канала. В 1-й группе животных производилось послойное ушивание раны (контрольная группа); во 2-й группе в полость костного дефекта вводилась обогащённая тромбоцитами аутоплазма (PRP); в 3-й группе – «Коллапан»; в 4-ой группе – смесь PRP и «Коллапана». Животные выводились из опыта через 30, 60 и 90 дней (по 5 животных на срок) после операции. Гистологические срезы исследуемого материала окрашивали гематоксилином и эозином, а также пикрофуксином по Ван Гизону и изучали в светооптическом микроскопе.

Для получения аутологичной PRP производили забор крови из сердца животного (примерно 20-30 мл), с последующим её двукратным центрифугированием. Первым этапом кровь центрифугировалась 10 мин. при g=1000, вторым этапом остаток тромболейкоцитарной массы центрифугировался в течение 20 мин. при g= 3000 с последующим удалением надосадочной жидкости после каждого центифугирования. Коллапан – биокомпозиционный материал на основе наноструктурированного синтетического гидроксиапатита (размер частиц гидроксиапатита 20 нанометров), коллагена и антибиотика. Производится фирмой «Интермедапатит», Россия (фирма прошла сертификацию по европейскому стандарту ИСО 13485-2003); регистрационный номер «Коллапана» в РФ - ФС 01034437/4437-06.

Результаты и обсуждение

Морфологическое исследование показало, что через 1 месяц после операции во всех группах животных наблюдалось формирование первичной костно-хрящевой мозоли. В наименее зрелых участках мозоли – в центре костного дефекта во 2-й и особенно 1-й группах животных - признаки остеогенеза выражены слабо, в то же время в 3-й и, особенно, в 4-й группах видно активное формирование остеоида непосредственно на поверхности имплантированных гранул «Коллапана» без формирования между ними прослоек рыхлой соединительной ткани. Имплантированный «Коллапан» не вызывал воспалительной реакции в виде какой-либо клеточной инфильтрации ткани. Наиболее развитая интермедиарная мозоль располагалась вблизи опила кортикальной пластинки, причем по степени зрелости она убывала от 4-й к 1-й группе животных. Наибольший объем новообразованной костной массы и более развитое пластинчатое строение формирующихся остеонов определялось в 4-й группе животных (рис.1). В наиболее зрелых участках мозоли (вблизи опила) элементы имплантированного Коллапана резорбировались и не выявлялись. В 3-й и, особенно, 2-й группах животных, по сравнению с 4-й, новообразованная костная масса интемедиарной мозоли менее обширна, пластинчатое строение формирующихся в ней остеонов слабо выражено (рис.2). В 1-й группе животных к данному сроку интермедиарная мозоль представлена лишь немногочисленными остеоидными костными трабекулами.

Ко 2-3-у месяцу после операции признаки созревания и ремоделирования костной мозоли в виде увеличения костной массы, перестройки грубоволокнистых незрелых костных структур в пластинчатую кость и постепенной ориентации остеонов вдоль оси кости прогрессировали, что в наибольшей степени выражено в 4-й группе животных. В центральных отделах костного дефекта 3-й группы животных в костном массиве интемедиарной мозоли и некоторых трабекулах эндостальной мозоли выявлялись отдельные частицы «Коллапана», тогда как в 4-й группе они полностью резорбировались. Формирование новообразованной костной массы, её ремоделирование с образованием пластинчатых структур и ориентированных остеонов более активно происходило в 3-й группе животных по сравнению со 2-й. Наименее зрелая костная мозоль определялась в 1-й группе животных, где интермедиарная мозоль была представлена преимущественно тканью в виде губчатой кости.

Полное сращение дефекта лучевой кости у животных происходило: в 1-й группе - на 75±4,6, во 2-й – на 69±3,7, в 3-й – на 66±3,4, в 4-й – на 55±3,5 сутки после операции.

На моделях различных животных показано, что некоторые кальций-фосфатные материалы, такие как синтетический гидроксиапатит, бетатрикальций фосфат, бифазная трикальцийфосфатная керамика, индуцируют эктопический (внекостный) остеогенез, то есть обладают остеоиндуктивными свойствами [10,16]. В культуре клеток определённые кальций-фосфатные материалы способствуют дифференцировке стволовых мезенхимальных клеток костного мозга человека в остеобласты в условиях отсутствия в культуральной среде остеогенных стимулирующих факторов, что свидетельствует о важнейшей роли клеточно-матриксного взаимодействия в направлении дифференцировки плюрипотентных малодифференцированных клеток [12].

В многочисленных экспериментально- и клинико-морфологических исследованиях нами обнаружено, что материал «Коллапан», обладая антимикробными, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, является постепенно резорбируемой матрицей, на поверхности которой в условиях условно асептических и инфицированных костных дефектов формируется новообразованная кость [1-6,8]. При этом вокруг частиц «Коллапана» при различных сроках исследования признаков воспалительной реакции не выявляется, между имплантируемым материалом и новообразованной костью прослоек фиброзной ткани не формируется. Использование «Коллапана» в клинике у больных с открытыми и закрытыми переломами, с несросшимися переломами и ложными суставами длинных трубчатых костей (313 больных), при комплексном лечении хронического остеомиелита (92 пациента) способствовало сокращению сроков пребывания больных в стационаре, предотвращению рецидивов хронического воспалительного процесса и повторной госпитализации в связи с отсутствием осложнений [6,8].

В настоящее время в клинической практике с целью активизации остеогенеза находит метод использования обогащенной тромбоцитами аутоплазмы (PRP) [14,15]. Аутологичная PRP представляет собой концентрированную суспензию тромбоцитов в ограниченном объеме плазмы. Метод основан на применении аутологичных тромбоцитов, в которых содержатся многочисленные факторы роста и цитокины, способствующие регенерации повреждённой кости. В ά-гранулах тромбоцитов выявлено свыше 30 ростовых факторов, среди которых наиболее важное значение для регенерации кости имеют тромбоцитопроизводный фактор роста (PDG F), фактор роста эндотелия сосудов (VEG F) и трансформирующий фактор роста (TGF-β). Последний представляет собой большую группу белков, среди которых TGF-β1 и морфогенетические белки кости модулируют клеточную пролиферацию и дифференцировку малодифференцированных клеток в остеобласты, увеличивают синтез внеклеточного матрикса кости и ингибируют его деградацию.

Тканевой инжиниринг является альтернативой для использования аутотрансплантатов и костных аллоимплантатов. Инжиниринг тканей – это создание в лабораторных условиях живых функциональных компонентов, которые могут быть использованы для регенерации неправильно функционирующих тканей [11]. В инжиниринге кости используется три компонента: 1) живые клетки (обычно мезенхимальные стволовые клетки, полученные из костного мозга и способные дифференцироваться в остеобласты или хондробласты); 2) матрица, обладающая остеокондуктивными свойствами, к которой могут прикрепляться предшественники остеобластов с последующим ростом и формированием кости; 3) факторы роста, стимулирующие клеточную активность и дифференцировку с развитием остео- или хондрогенеза. Исходя из основных принципов тканевого инжиниринга, с целью активизации регенерации костной ткани сотрудниками ЦИТО разработан метод сочетанного применения «Коллапана» и обогащённой тромбоцитами аутоплазмы в травматолого-ортопедической практике. В данном случае в качестве живых клеток используется концентрат собственных тромбоцитов, которые, разрушаясь в костном дефекте, выделяют многочисленные факторы роста, запускающие и активирующие процессы остеогенеза, тогда как «Коллапан» выполняет роль постепенно лизирующейся матрицы, обладающей не только остеокондуктивными, антибактериальными, но и остеоиндуктивными свойствами.

Как показало данное исследование, сочетанное применение «Коллапана» с аутологичной PRP, по-видимому, за счёт синергизма их действия, вызывает значительную активизацию репаративной регенерации кости, выраженную в большей степени, чем при использовании «Коллапана» или аутологичной PRP в отдельности. В данном случае «Коллапан», кроме всего прочего, служит средством локальной доставки выделяющихся из тромбоцитов аутологичных факторов роста. Не исключено, что факторы роста могут связываться физическими или ковалентными связями с элементами «Коллапана» с последующим пролонгированным выделением в костном дефекте. Локально выделяющиеся аутологичные факторы роста, стимулируя адгезию, пролиферацию, дифференцировку клеток-предшественников остеобластов, функциональную активность остеобластов и синтез этими клетками внеклеточного матрикса кости, значительно усиливают остеоиндуктивные свойства биокомпозиционного материала «Коллапан», ускоряют этапы репаративной регенерации кости. Использование данного метода в клинике способствовало у 30-и больных с замедленно консолидирующимися переломмами сокращению сроков сращения на 7±3,2 дня, а у 42 больных с несросшимися переломами и ложными суставами – на 12±4,8 дня [7].

Выводы

Использование в инжиниринге костной ткани биокомпозиционного наноструктурированного препарата «Коллапан» в сочетании с факторами роста обогащённой тромбоцитами аутоплазмы (PRP) является безопасным и эффективным методом активизации репаративной регенерации кости, который может быть рекомендован для широкого внедрения в клиническую практику.