Способ лечения замедленно срастающихся переломов путем трансплантации аутологичных мезенхимальных стволовых клеток

Изобретение относится к травматологии и ортопедии и может быть применимо для лечения замедленно срастающихся переломов. Производят туннелизацию костных фрагментов таким образом, что все каналы проходят через зону перелома. Накладывают давящую повязку до остановки кровотечения и образования в каналах сгустков крови. Вводят в образовавшиеся в каналах сгустки крови инъекционно суспензию популяции однородных по фенотипу на 87-99,9% аутологичных мезенхимальных стволовых клеток с клеточными маркерами CD 34-; CD 45-; CD 44+; CD 90+; CD 105+; CD 106+, выделенных из костного мозга пациента и накопленных in vitro, в 10% аутологичной сыворотке. Способ позволяет создать очаги костеобразования, обеспечить возможность восстановления полноценной структуры кости. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для лечения замедленно срастающихся переломов длинных трубчатых костей различных локализаций.

Замедленное сращение определяют рентгенологически, когда на стандартном сроке сращения перелома определенной локализации не наблюдается образование всех компонентов костной мозоли, а отломки на концах часто порозные (прозрачные), т.к. в них протекает процесс краевой резорбции. При консервативном лечении и применении аппаратов внешней фиксации клинически определяется отчетливая патологическая подвижность на уровне перелома.

Из консервативных методов лечения замедленной консолидации и псевдоартрозов известно лечение введением аутокрови больного (10-20 мл), биологическую ценность которой для регенерации отмечал Н.И.Пирогов, - в область перелома, впрыскивание крови повторяют 3-4 раза через 7-10 дней (В.Д.Чаклин Ортопедия. - М.: МЕДГИЗ. 1957. - книга I. - C.149). Известен также способ эстракорпорального воздействия на кровь пациента гелий-неонового лазера и ультрафиолетового облучения в аппарате «Изольда» (Каныкин А.Ю., Анисимов А.И., Белый К.П., Москалев В.П. Способ лечения замедленной консолидации переломов трубчатых костей, патент №2169025 от 20.03.1996 г.).

Известно использование для стимуляции процессов остеогенеза морфогенетических костных протеинов (T.A.Einhorn Clinical Application of Recombinant Human BMPs: Early Experience and Future Development / J. of Bone and Joint Surgery. - 2003, vol.85-A. - P.82-88).

Известен способ лечения ложных суставов путем инъекционного введения в область ложного сустава клеточного эмбрионального ксенотрансплантата с сохранением иммобилизации гипсовой повязкой, аппаратом внешней фиксации или интрамедуллярной фиксации (Белоусов В.Д., Чобану А.А., Чобану Ф.И. Консервативное лечение ложных суставов длинных трубчатых костей (клинические аспекты клеточной ксеноблефопластики). - Кишинев: «ШТИИНЦА», 1990. - 231 с.). Основными недостатками метода являются возможные аллергические реакции, отторжение ксеноматериала, опасность опухолевой трансформации.

Также в клинической практике использовали для лечения введения в область ложного сустава аутологичных мезенхимных стволовых клеток, выделенных из костного мозга пациента. Сращение костей достигалось (Колосов Н.Г., Селедцов В.И., Гольник В.Н., Белогородцев С.Н., Величко А.Я., Шивцова О.А. Стволовые клетки в травматологии и хирургии. // Современные методы лечения больных с травмами и их осложнениями./Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Курган, 2006. - С.207-209). Недостатком метода является то, что мезенхимные стволовые клетки для дальнейшей дифференцировки в остеобласты нуждаются в наличии поверхности, обладающей высокоадгезивными свойствами, и среде для осмотического питания, которая отсутствует в рубцово-измененных тканях ложного сустава, и большая часть клеток будет погибать или мигрировать за пределы этой области.

Для стимуляции процессов остеогенеза при переломах, замедлении сращения и формировании ложных суставов широко используется компрессионно-дистракционный остеосинтез (Травматология и ортопедия./Руководство для врачей./Под редакцией чл.-корр. РАМН Шапошникова Ю.Г. - М., 1997. - Т.1. - С.454-481). Этот способ дополнялся различными вариантами стимулирующего воздействия на остеорепарацию, в том числе пластикой деминерализованными трансплантатами в сочетании с воздействием электромагнитного поля (Емельянов В.Г., Анисимов А.И., Карпцов В.И., Новоселов К.А. Способ лечения ложных суставов и замедленной консолидации костей голени, патент №2017461 от 25.10.1990 г.); с использованием чрескостных элементов и имплантатов с остеоиндуктивными свойствами (Карлов А.В., Хлусов И.А., Сакуров И.В. Способ лечения замедленной консолидации несрастающихся переломов и ложных суставов трубчатых костей нижних конечностей, патент №2189193 от 15.03.2001 г.).

Известен способ лечения замедленной консолидации трубчатых костей конечностей по патенту РФ №2189193. Лечение осуществляют с использованием аппарата внешней фиксации после проведения остеоиндуктивных имплантатов проксимальнее и дистальнее зоны патологического очага или дополнительно интрамедуллярно. В качестве остеоиндуктивных имплантатов применяли имплантаты с кальцийфосфатным покрытием, что позволило увеличить минеральную плотность костной ткани. Целью являлось сокращение сроков сращения от 5-6 месяцев до 3,5-2,5 месяцев и увеличение минерализации (плотности) костной ткани. При наличии значительного количества рубцовой ткани в области замедленного сращения или ложного сустава 1-2 спицы, проведенные через эту зону интрамедуллярно, а тем более чрескостные элементы, проведенные вне этой зоны, не позволяют создать условия для выхода достаточного количества клеточных элементов в зону замедленного костообразования, и результат лечения может быть отрицательным.

Известен способ лечения замедленной консолидации переломов костей голени (патент РФ №2017461), когда конечность фиксируют аппаратом внешней фиксации, создают компрессию фрагментов, поднадкостнично укладывают деминерализованный костный аллотрансплантат, а затем на зону несращения воздействуют низкоинтенсивным электромагнитным полем звуковой частоты. Через 5 месяцев после операции мозолеобразование завершается, достигается полная консолидация. В данном случае воздействие на зону замедленного сращения очень травматично, фактически используется хирургическая тактика, соответствующая лечению сформированного ложного сустава. Такая операционная травма при замедленной консолидации является несколько необоснованной, дополнительно нарушает кровоснабжение в этой зоне, что и приводит к сращению в сроки, типичные для лечения ложных суставов.

При замедленном сращении перелома бедренной кости предложен способ перфорации эндостальной мозоли после рассверливания канала со стороны коленного сустава, с последующим интрамедуллярным остеосинтезом (Иммамалиев А.С., Балашев Б.Н. Способ лечения перелома бедренной кости с замедленным сращением, патент №2018279 от 03.30.92 г.). Способ является высокотравматичным, по объему хирургического вмешательства приближается к операциям при сформированном ложном суставе. Отрицательным моментом является артротомия коленного сустава, что в дальнейшем способствует формированию его контрактуры.

Известен метод лечения замедленной консолидации путем туннелизации (перфорации, просверливания отломков), или метод Бека, заключающийся в том, что через 2-3 небольших кожных разреза вводят толстую спицу, при помощи которой концы отломков просверливают в различных направлениях через линию несращенного перелома, выполняя от 10 до 40 каналов. Образующиеся при этом мельчайшие отколки костной ткани и кровоизлияние, а также раздражение пластических свойств костной ткани в отдельных случаях способствует образованию мозоли при сохранении в последующем иммобилизации конечности (В.Д.Чаклин Ортопедия.- М.: МЕДГИЗ, 1957. - Книга I.- C.151; А.В.Каплан Закрытые повреждения костей и суставов. - М.: Медицина, 1957. - С.68-69).

Наиболее близким к предлагаемому способу является метод создания каналов и заполнение созданных каналов костнопластическим материалом, в частности, губчатым костным трансплантатом (Каралин А.Н., Овечкин Л.А., Азизова Р.Х. Способ оперативного лечения несросшегося перелома и ложного сустава,- заявка на изобретение №2003119086 от 24.06.2003 г.). Полностью заполнить перфорационные отверстия даже измельченным губчатым трансплантатом без предварительной его обработки сложно, а образование мелких полостей неблагоприятно для последующего костеобразования. В любом случае костеобразование будет идти путем замещения помещенного трансплантата новообразованной костью со стороны выполненных перфорационных отверстий. В этом случае значимо сократить сроки консолидации и приблизиться к срокам сращения перелома невозможно, так как процесс замещения трансплантата протекает в 1,5-2 раза дольше сращения перелома.

Целью изобретения является повышение эффективности лечения замедленно срастающихся переломов малоинвазивными хирургическими методами путем создания условий для организации дополнительных очагов костеобразования в зоне замедленного сращения для восстановления полноценной кости.

Поставленная цель достигается тем, что из костного мозга пациента выделяют аутологичные мезенхимальные стволовые клетки (АМСК), обладающие остеогенным потенциалом; наращивают их до необходимого количества in vitro и вводят в область замедленного сращения после туннелизации через зону замедленно срастающегося перелома непосредственно в выполненные каналы. Перед введением клеточного материала накладывают давящую повязку до остановки кровотечения и образования в каналах сгустков крови. АМСК вводят после образования сгустков крови инъекционно, причем введение осуществляют на выходе иглы из канала. Популяцию на 87-99,9% однородных по фенотипу АМСК с клеточными маркерами CD 34-; CD 45-; CD 44+; CD 90+; CD 105+; CD 106+ вводят внутрь сгустков крови в виде суспензии на 10% аутосыворотке в количестве 30-50 млн в 3-5 мл раствора. Именно такое введение способствует адгезии клеток, их последующей дифференцировке и образованию дополнительных очагов остеогенеза.

Реализуют способ следующим образом.

Из костного мозга пациента выделяют популяцию аутологичных мезенхимальных стволовых клеток, однородных на 87-99,9% по фенотипу: клеточные маркеры CD 34-; CD 45-; CD 44+; CD 90+; CD 105+; CD 106+. АМСК наращивают в лабораторных условиях in vitro (патент РФ №2303632) В день операции готовят суспензию клеток в 10% растворе аутосыворотки, которую сразу транспортируют в операционную.

Операция выполняется под проводниковой анестезией или внутривенным наркозом. Из 3-6 проколов производят туннелизацию костных фрагментов, причем все каналы должны пройти через зону замедленно срастающегося перелома. Для туннелизации используют спицу диаметром 2 мм и электрическую или пневматическую дрель. В зависимости от формы линии перелома и ее протяженности выполняют от 6 до 12 каналов в различных направлениях с пересечением зоны перелома (фиг.1). Накладывают давящую повязку на 10-15 минут, дожидаясь остановки кровотечения и образования сгустков крови в области каналов. После снятия повязки и повторной обработки операционного поля в область костных каналов инъекционно вводят подготовленную суспензию аутологичных мезенхимальных стволовых клеток в количестве 30-50 млн в 3-5 мл 10% раствора аутосыворотки. При инъекционном введении осуществляют прокол иглой образовавшегося в канале сгустка крови и на выходе иглы вводят в него суспензию клеток, избегая, таким образом, травматизации клеток от давления. Образованный сгусток крови имеет рыхлую структуру с пересекающимися нитями фибрина и представляет собой матрицу, на которой может происходить адгезия клеток с последующей их дифференцировкой, то есть создаются условия для создания дополнительных очагов костеобразования. Кроме того, образованный сгусток крови предоставляет клеточному материалу достаточные условия для осмотического питания в первые дни после введения и хорошо прорастает в дальнейшем новообразованной сосудистой сетью, обеспечивая в последующем достаточное кровоснабжение в зоне консолидации. Таким образом, введенные клетки участвуют в процессе остеогенеза, они не уходят, не вымываются кровью из зоны замедленно срастающегося перелома. Их «заякоренность» в месте замедленной консолидации именно в созданных каналах, пересекающих зону перелома, позволяет преодолеть патологический процесс несращения.

Лечение осуществляют с фиксацией отломков. При наличии стабильной металлоконструкции до введения АМСК имеющуюся фиксацию сохраняют. При предшествующем консервативном лечении перелома предпочтительный способ фиксации - внеочаговый остеосинтез, как наносящий минимальную дополнительную (операционную) травму и позволяющий осуществлять клинический контроль консолидации.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

Фиг.1 Схема выполнения туннелизации костных фрагментов.

Фиг.2 Рентгенограммы правой голени пациента Д. после остановки дистракции (атрофический регенерат).

Фиг.3 Рентгенограммы правой голени пациента Д. после компрессии до полного контакта фрагментов на уровне остеотомии.

Фиг.4 Рентгенограммы правой голени пациента Д. через 3 месяца после компрессии и адаптации фрагментов на уровне остеотомии.

Фиг.5 Рентгенограммы правой голени пациента Д. через 2 недели после проведения туннелизации и введения аутологичных мезенхимальных стволовых клеток.

Фиг.6 Рентгенограммы правой голени пациента Д. через 1 месяц после проведения туннелизации и введения аутологичных мезенхимальных стволовых клеток.

Фиг.7 Рентгенограммы правой голени пациента Д. через 6 месяцев после проведения туннелизации и введения аутологичных мезенхимальных стволовых клеток.

Клинический пример:

Пациент Дулькевич М.А., 18 лет, проходил лечение по поводу врожденной гипоплазии правой нижней конечности с укорочением правой голени и правого бедра (суммарно 7 см). Производилось удлинение конечности по Илизарову на 3-х уровнях (нижняя треть бедра, верхняя и нижняя треть большеберцовой кости). В процессе дистракции отмечено формирование атрофического регенерата на уровне нижней трети большеберцовой кости. Был уменьшен темп дистракции, затем дистракция остановлена (фиг.2), дана компрессия до полного контакта фрагментов (фиг.3) с целью достижения сращения выполненной остеотомии. Несмотря на предпринятые меры через 3 мес выявлена рентгенологическая картина замедленного сращения с тенденцией к формированию ложного сустава (фиг.4). После выполнения туннелизации и введения аутологичных мезенхимальных стволовых клеток по представленной методике уже через 2 недели отмечена положительная динамика формирования костной ткани (фиг.5), а через месяц клинико-рентгенологически констатировано сращение (фиг.6). После 2-х недельной динамической пробы аппарат внешней фиксации демонтирован. В дальнейшем отмечена полная структурная перестройка в области сращения (фиг.7).

Метод применен у 6 пациентов с замедленно срастающимися переломами большеберцовой и бедренной кости. Во всех случаях достигнуто сращение в сроки от 1-го до 3-х месяцев после манипуляции. Аппараты внешней фиксации были демонтированы на этом сроке без дополнительной иммобилизации. Таким образом, было достигнуто сращение в сроки, не только соответствующие срокам сращения переломов данной локализации, но в меньшие. Сокращение сроков лечения произошло за счет формирования дополнительных очагов костеобразования на уровне замедленно срастающегося перелома. Различие с другими методами является статистически достоверным.

1. Способ лечения замедленно срастающихся переломов, включающий фиксацию отломков костей, их туннелизацию и трансплантацию мезенхимальных стволовых клеток, отличающийся тем, что после туннелизации костных фрагментов, осуществляющейся таким образом, что все каналы проходят через зону перелома, перед введением клеточного материала накладывают давящую повязку до остановки кровотечения и образования в каналах сгустков крови, после чего в образовавшиеся в каналах сгустки крови инъекционно вводят суспензию популяции однородных по фенотипу на 87-99,9% аутологичных мезенхимальных стволовых клеток с клеточными маркерами CD 34-; CD 45-; CD 44+; CD 90+; CD 105+; CD 106+, выделенных из костного мозга пациента и накопленных in vitro, в 10%-ной аутологичной сыворотке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что туннелизацию осуществляют путем создания 6-12 каналов, пересекающих зону перелома.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что количество аутологичных мезенхимальных стволовых клеток составляет 30-50 млн в 3-5 мл раствора 10%-ной аутосыворотки.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что инъекционное введение суспензии аутологичных мезенхимальных стволовых клеток осуществляют при выведении иглы из канала.