Активация образования костей и хрящей

Изобретение относится к области медицины и может найти использование в лечении, которое направлено на стимуляцию роста новой костной и хрящевой ткани путем активации твердой мозговой оболочки, надкостницы и эндоста посредством применения пониженного давления. Изобретение включает способ активации остеогенной или хондрогенной активности в участке ткани, способ лечения костного или хрящевого повреждения и композицию для лечения костного или хрящевого повреждения, содержащую аппарат пониженного давления и биосовместимый каркас. Использование изобретения позволяет повысить эффективность роста новой ткани за счет стимуляции хондро- и остеогенной активности, зарастания и инфильтрации используемого биокаркаса. 3 н. и 39 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл., 4 пр.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение, в основном, относится к системам лечения тканей и, в частности, системе и способу стимуляции роста новой костной или хрящевой ткани путем активации твердой мозговой оболочки, надкостницы или эндоста посредством применения пониженного давления.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Клинические исследования и практика показали, что обеспечение пониженного давления рядом с участком ткани усиливает и ускоряет рост новой ткани на данном участке ткани. Применения этого феномена многочисленны, но применение пониженного давления особенно успешно в лечении ран. Это лечение (часто называемое в медицинском сообществе как "терапия ран отрицательным давлением", "терапия пониженным давлением" или "вакуумная терапия") дает ряд преимуществ, включая ускоренное заживление и увеличенное формирование грануляционной ткани. Обычно пониженное давление применяют к ткани через пористую подушечку или другое распределительное устройство. Пористая подушечка включает полости или поры, которые способны распределять пониженное давление по ткани и отводить жидкости, которые выделяются из ткани. Пористая подушечка часто заключена в оболочку, имеющую другие компоненты, которые способствуют лечению.

Заживание ран может быть свободно разделено на три перекрывающиеся основные фазы: воспаление, пролиферация и созревание. Воспалительная фаза характеризуется гемостазом и воспалением. Следующая фаза состоит, в основном, из ангиогенеза, формирования грануляционной ткани, отложения коллагена и эпителизации. Конечная фаза включает созревание и перестройку. Сложность процесса заживления ран усиливается влиянием местных факторов, таких как ишемия, отек и инфекция, а также системными факторами, таким как диабет, возраст, гипотиреоз, истощение и ожирение. Однако стадией, ограничивающей скорость заживления ран, часто является ангиогенез.

При заживлении кости и хряща надкостница представляет собой главный источник клеток-предшественников, которые развиваются в остеобласты и хондробласты. Костный мозг, эндост, мелкие кровеносные сосуды и волокнистая соединительная ткань представляют собой вторичные источники клеток-предшественников. Тем не менее, заживление кости и особенно хряща часто бывает медленным и неполноценным. По этой причине медицинское сообщество долгое время пыталось разработать усовершенствованные способы восстановления и замены ткани для костных и хрящевых повреждений.

При черепно-лицевых повреждениях успешное восстановление или замена сильно подвергаются риску без эндогенной остеогенной активности твердой мозговой оболочки. К сожалению, твердая мозговая оболочка у людей начинает быстро терять свою остеогенную активность после достижения людьми приблизительно двухлетнего возраста. В современных восстановительных методиках для черепно-лицевых повреждений используют аутогенные, аллогенные и протезные материалы, чтобы противодействовать остеогенной недостаточности зрелой твердой мозговой оболочки. Ростовые факторы также обычно используют для облегчения регенерации ткани. Эти методики могут достигнуть некоторого функционального восстановления черепно-лицевых повреждений, но все они по существу ограничены такими факторами, как болезненность донорского участка, непредсказуемая резорбция трансплантата, недостаточные аутогенные ресурсы, передача вирусных заболеваний, иммунологическая несовместимость, структурные нарушения, эстетически неудовлетворительные результаты и стоимость. Кроме того, было показано, что остеобласты, стимулированные ростовыми факторами, изначально происходят скорее из недифференцированных мезенхимальных стволовых клеток твердой мозговой оболочки, чем из клеток костей черепа, окружающих повреждение, и позже, хотя и ограниченно, пополняются клетками вышележащей соединительной ткани. Цитокины или другие факторы требуются для индукции клеток, формирующих кость, имеющих происхождение из твердой мозговой оболочки и вышележащей соединительной ткани.

Таким образом, требуются способы, улучшающие заживание кости и хряща. Настоящее изобретение направлено на эту необходимость.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблемы, представляемые существующими способами заживления кости и хряща, решаются с помощью систем и способов иллюстративных воплощений, описанных здесь. В одном воплощении предложен способ, включающий активацию остеогенной или хондрогенной активности в участке у субъекта, нуждающегося в этом. Этот способ включает применение пониженного давления к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту на участке у субъекта.

В другом воплощении предложен способ, включающий лечение костного или хрящевого повреждения у субъекта. Этот способ включает применение пониженного давления к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту, которые прилегают к повреждению.

В еще одном воплощении предложено применение аппарата пониженного давления для лечения костного или хрящевого повреждения, прилегающего к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту.

В другом воплощении предложена композиция для лечения костного или хрящевого повреждения. Эта композиция содержит аппарат пониженного давления и биосовместимый каркас. С помощью этой композиции повреждение прилегает к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту.

В еще одном воплощении предложено применение аппарата пониженного давления и биосовместимого каркаса для изготовления композиции для лечения костного или хрящевого повреждения, прилегающего к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту.

Другие объекты, признаки и преимущества иллюстративных воплощений станут очевидными при обращении к графическим материалам и подробному описанию ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На ФИГ.1 представлена схема тканевого каркаса, прикладываемого к повреждению черепа так, что тканевой каркас контактирует с твердой мозговой оболочкой.

На ФИГ.2 представлена фотография, иллюстрирующая систему и способ индукции кости по одному из воплощений настоящего изобретения, которые применяют к черепу кролика, для индукции роста новой кости посредством остеогенной активации неповрежденной твердой мозговой оболочки.

На ФИГ.3 представлена микрофотография образца животного, иллюстрирующая нормальную структуру твердой оболочки в сравнении с заново формирующейся костью в черепе кролика, подвергнутом влиянию пониженного давления в соответствии с некоторыми воплощениями изобретения.

На ФИГ.4 представлены микрофотографии результатов эксперимента. Панель А представляет собой микрофотографию образца животного, иллюстрирующую границу между областями формирования новой кости и областями без формирования новой кости. Панель Б представляет собой микрофотографию образца животного, в котором ткань центральной нервной системы и тканевой каркас не разделены неповрежденной твердой мозговой оболочкой. Панель В представляет собой микрофотографию образца животного, в котором формирование новой кости происходит в тесном контакте с неповрежденной твердой мембраной.

На ФИГ.5 представлена микрофотография поверхности интактной неповрежденной кости черепа кролика.

На ФИГ.6 представлена микрофотография кости, которая находилась в контакте с GranuFoam® в течение шести суток в отсутствие пониженного давления.

На ФИГ.7 представлена микрофотография кости, которая находилась в контакте с GranuFoam® при пониженном давлении в течение шести суток.

На ФИГ.8 представлена другая микрофотография кости, которая находилась в контакте с GranuFoam® при пониженном давлении в течение шести суток.

На ФИГ.9 представлена микрофотография поверхности неповрежденной кости с поверхностной мышечной тканью, лежащей над надкостницей. Точки показывают границу между кортикальным слоем кости и тонким слоем надкостницы.

На ФИГ.10 панели А и Б представляют собой микрофотографии, показывающие индукцию хрящевой ткани в ответ на контакт с GranuFoam® и пониженное давление.

На ФИГ.11 представлены микрофотографии (10Х), показывающие окрашивание проционом красным поверхностей кости со стороны эндоста, смежных с тканями костного мозга, в кости, которую обрабатывали пониженным давлением через GranuFoam® (А), или в необработанном контроле с противоположной стороны (Б).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ

В последующем подробном описании иллюстративных воплощений делается ссылка на сопроводительные графические материалы, которые образуют их часть. Эти воплощения описаны достаточно детально, чтобы позволить специалистам в данной области использовать данное изобретение на практике, и понятно, что могут быть использованы другие воплощения и могут быть сделаны рациональные структурные, механические, электрические и химические изменения без отступления от сущности и объема изобретения. Во избежание детализации, не являющейся необходимой для того, чтобы позволить специалистам в данной области использовать на практике воплощения, описанные здесь, описание может не включать некоторую информацию, известную специалистам в данной области. По этой причине следующее подробное описание не следует воспринимать в ограничивающем смысле, а объем иллюстративных воплощений следует определять только прилагаемой формулой изобретения.

В контексте этого описания термин "пониженное давление" в основном относится к давлению, которое ниже внешнего давления у участка ткани, подвергающегося лечению. В большинстве случаев это пониженное давление будет ниже атмосферного давления в месте, где находится пациент. Хотя термины "вакуум" и "отрицательное давление" могут быть использованы для описания давления, применяемого к участку ткани, истинное давление, применяемое к участку ткани, может быть значительно больше, чем давление, обычно соотносящееся с абсолютным вакуумом. Согласно этой терминологии увеличение пониженного давления или вакуумметрического давления имеет отношение к относительному снижению абсолютного давления, в то время как уменьшение пониженного давления или вакуумметрического давления имеет отношение к относительному увеличению абсолютного давления. Различные способы и композиции, описывающие лечение ткани пониженным давлением, даны в следующих патентных публикациях: WO 08042481 A2, WO 08036361 A2, WO 08036359 A2, WO 08036162 A2, WO 08013896 A2, WO 07143060 A2, WO 07133556 A2, WO 07133555 A2, WO 07106594 A2, WO 07106592 A2, WO 07106591 А2, WO 07106590 A2, WO 07106589 A2, WO 07092397A2, WO 07067685 A2, WO 05033273 A2, WO 05009488 A2, WO 04105576 A2, WO 04060148 A2, WO 03092620 A2, WO 03018098 A2, WO 0061206 A1, WO 0038755 A2, US 20070123895, US 7351250, US 7346945, US 7316672, US 7279612, US 7214202, US 7186244, US 7108683, US 7077832, US 7070584, US 7004915, US 6994702, US 6951553, US 6936037, US 6856821, US 6814079, US 6767334, US 6695823 и US 6135116.

Эта заявка основана на открытии того, что применение пониженного давления к кости или хрящу, прилегающим к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту, вызывает индукцию образования кости или хряща твердой мозговой оболочкой (когда повреждение представляет собой черепно-лицевое повреждение), надкостницей или эндостом. Наложение пенистой повязки (foam dressing) на кость или хрящ также может индуцировать образование новой кости или хряща, но не в такой степени, как лечение пониженным давлением (см. примеры).

Таким образом, в некоторых воплощениях заявка относится к способу активации остеогенной или хондрогенной активности в участке у субъекта, нуждающегося в этом. Способ включает применение пониженного давления к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту в участке у субъекта. Предпочтительно субъект имеет костное или хрящевое повреждение, прилегающее к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту. Тем не менее, заявка не ограничена участками костных или хрящевых повреждений. Например, субъектов можно лечить этими способами в отношении здоровой твердой мозговой оболочки, надкостницы или эндоста, где нет повреждения, а полученную новую ткань пересаживают на поврежденные участки в других местах организма.

В одних воплощениях пониженное давление применяют к твердой мозговой оболочке. В других воплощениях пониженное давление применяют к надкостнице. Как показано в примере 4, ток жидкости эндоста в здоровой кости усиливается при коротком воздействии пониженного давления на надкостницу. Полагают, что этот усиленный ток жидкости в эндосте служит признаком возросшей остеогенной активности в эндосте. Таким образом, остеогенную активность эндоста можно индуцировать применением пониженного давления к надкостнице.

В дополнительных воплощениях пониженное давление применяют к эндосту. Такое лечение будет полезно, например, при применении пониженного давления к разлому в кости для индукции остеогенеза внутри каркаса, находящегося в разломе.

Эти способы не ограничены исключительно лечением какого-либо специфического вида повреждений. Однако, признано, что преобладающие повреждения у субъектов, которых лечат этими способами, представляют собой повреждения, обусловленные (а) раной, (б) раком, (в) дегенеративным заболеванием (например остеоартритом) или (г) являющиеся врожденными. В одних воплощениях повреждение представляет собой костное повреждение. В других воплощениях повреждение представляет собой хрящевое повреждение.

Предпочтительно, биосовместимый каркас находится на участке. Там, где участок включает повреждение, биосовместимый каркас предпочтительно вводят в повреждение. Способы не ограничены применением какого-либо специфического биосовместимого каркаса; в уровне техники известно множество полезных биосовместимых каркасов. В некоторых воплощениях биосовместимый каркас представляет собой саморассасывающийся биополимер. В предпочтительных воплощениях саморассасывающийся биополимер представляет собой полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

Биосовместимый каркас может также включать компоненты, которые облегчают заживление ран. Такие компоненты включают цитокины, например, те, которые стимулируют ангиогенез или рост клеток, такие как фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), основной фактор роста фибробластов (bFGF), тромбоцитарный фактор роста (PDGF), ангиогенин, ангиопоэтин-1, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF), фактор роста гепатоцитов/рассеивающий фактор (HGF/SF), интерлейкин-8 (IL-8), плацентарный фактор роста, тромбоцитарный фактор роста эндотелия (PD-ECGF), тромбоцитарный фактор роста ВВ (PDGF-BB), трансформирующий фактор роста α (TGF-α), трансформирующий фактор роста β (TGF-β), фактор некроза опухоли α (TNF-α), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) или матриксная металлопротеиназа (ММР). Другие компоненты, которые могут быть с пользой включены в каркас, включают антибиотики, или клетки, способные становиться остеобластами, хондробластами, или сосудистую ткань, такую как эмбриональные стволовые клетки, гемопоэтические стволовые клетки взрослых, клетки стромы костного мозга или мезенхимальные стволовые клетки. Клетки возможно могут быть созданы путем генной инженерии для экспрессии полезного белка, такого как один из вышеперечисленных цитокинов.

В предпочтительных воплощениях пониженное давление применяют к повреждению через распределитель, соединенный с источником пониженного давления, где распределитель является пористым и расположен на повреждении или в нем. Также предпочтителен распределитель, образованный из текучего материала, который доставляют через подающую трубку распределителя к участку ткани так, что текучий материал заполняет повреждение. В некоторых воплощениях распределитель представляет собой саморассасывающийся биополимер и способен служить в качестве биосовместимого каркаса. Неограничивающие примеры такого саморассасывающегося биополимера включают полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

На ФИГ.1 показан предпочтительный пример способа применительно к повреждению, прилегающему к твердой мозговой оболочке. Следует отметить, что такая же система пониженного давления может быть использована для надкостницы или эндоста.

Обращаясь к ФИГ.1, описывающей неограничивающее воплощение непосредственного применения, предложена система 10, которая включает источник пониженного давления 14, подвижно соединенный с распределителем 18, который прилегает к твердой мозговой оболочке 22 и находится в контакте с ней. Распределитель 18 может включать любой биосовместимый материал, который способен распределять пониженное давление, подаваемое источником пониженного давления 14 к твердой мозговой оболочке 22. Распределитель 18 может быть образован из пористого материала или может включать протоки, которые помогают распределять пониженное давление. В одном воплощении распределитель 18 может включать каркас или весь распределитель может представлять собой каркас, который способен поддерживать рост и интеграцию новой ткани. Каркас может быть инкорпорирован в рост новой ткани и оставаться на своем месте после восстановления или регенерации новой ткани. Каркас может быть образован из биорассасывающегося вещества, которое поглощается организмом после восстановления или регенерации ткани.

Фильтрующая коробка 30 может быть подвижно подсоединена между источником пониженного давления 14 и распределителем 18, чтобы задерживать и хранить тканевые экссудаты и другие жидкости, которые отводятся из областей, прилегающих к распределителю 18, во время применения пониженного давления. Фильтры могут быть подвижно подсоединены между распределителем 18 и источником пониженного давления 14, чтобы предотвратить загрязнение источника пониженного давления 14 тканевыми жидкостями и бактериями. Предпочтительно подвижное подсоединение между источником пониженного давления 14 и распределителем 18 (и любыми другими подвижными компонентами) обеспечивается медицинской трубкой 34 (medical-grade conduit). Трубка 34 может быть подвижно присоединена к распределителю 18 через распределительный адаптер (не показан) или путем помещения конца трубки 34 непосредственно в контакт с распределителем 18 так, что трубка 34 сообщается непосредственно с порами или подвижными каналами (fluid channel), связанными с распределителем 18.

В одном воплощении распределитель 18 представляет собой биорассасывающийся каркас, и источник пониженного давления 14 подает пониженное давление к твердой мозговой оболочке 22 через трубку 34 и каркас. Не будучи связанным каким-либо специфическим механизмом действия, полагают, что наличие пониженного давления над твердой мозговой оболочкой 22 дает нагрузку на твердую мозговую оболочку 22, которая активирует фенотипическую экспрессию твердой мозговой оболочки 22, которая схожа с той, которую наблюдают в незрелой твердой мозговой оболочке новорожденных. Стимуляции самой твердой мозговой оболочки путем наложения пониженного давления и нагрузки на твердую мозговую оболочку достаточно для заполнения каркаса новой костью и опорной тканью (см. Пример 1).

Лечение пониженным давлением не ограничено исключительно каким-либо специфическим временем применения. В примере 1 установлено, что одних суток (24 ч) применения достаточно, чтобы индуцировать образование новой кости, затягивание поврежденного промежутка и значительную инфильтрацию каркаса. В различных воплощениях пониженное давление может быть применено везде от 0,1 до 144 ч или более. В других воплощениях пониженное давление применяют в течение по меньшей мере 24 ч. В других примерах пониженное давление применяют в течение менее 24 ч, например 12 ч. В дополнительных воплощениях пониженное давление применяют в течение промежутка времени от 12 ч до 3 суток.

Как установлено в примерах 2 и 3, простое размещение пенистого распределителя (предпочтительно GranuFoam®) рядом с участком желаемого роста кости или хряща (например, внутри повреждения) на надкостнице или эндосте индуцирует рост кости или хряща, хотя индукция не такая сильная, как с пониженным давлением. Следовательно, предполагают, что биосовместимая пена может быть удобно размещена на повреждении, прилегающем к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту без пониженного давления, чтобы индуцировать рост кости или хряща.

Настоящее изобретение также относится к способу лечения костного или хрящевого повреждения у субъекта. Способ включает применение пониженного давления к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту, которые прилегают к повреждению. В одних воплощениях пониженное давление применяют к твердой мозговой оболочке. В других воплощениях пониженное давление применяют к надкостнице. В третьих воплощениях пониженное давление применяют к эндосту.

Как и в способе, описанном выше, в этом способе биосовместимый каркас предпочтительно вводят внутрь повреждения. Биосовместимый каркас предпочтительно представляет собой саморассасывающийся биополимер, наиболее предпочтительно полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

В предпочтительных воплощениях пониженное давление применяют к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту через распределитель, соединенный с источником пониженного давления. Здесь распределитель является пористым и размещен на повреждении или в нем. Более предпочтительно распределитель образован из текучего материала, который доставляют через подающую трубку распределителя к участку ткани так, что текучий материал заполняет повреждение. Еще более предпочтительно распределитель содержит саморассасывающийся биополимер и способен служить в качестве биосовместимого каркаса. Саморассасывающийся биополимер, который является наиболее предпочтительным, представляет собой полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

В этих способах пониженное давление можно применять везде от 0,1 до 144 ч или более. Во многих воплощениях пониженное давление применяют в течение по меньшей мере 24 ч.

Данная заявка также относится к применению аппарата пониженного давления для лечения костного или хрящевого повреждения, прилегающего к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту. Как и в способах, описанных выше, аппарат пониженного давления предпочтительно содержит распределитель, соединенный с источником пониженного давления, где распределитель является пористым и размещен на повреждении или в нем. Более предпочтительно распределитель образован из текучего материала, который доставляют через подающую трубку распределителя к участку ткани так, что текучий материал заполняет повреждение.

В дополнительных воплощениях изобретение относится к композиции для лечения костного или хрящевого повреждения. Композиция содержит аппарат пониженного давления и биосовместимый каркас, где повреждение прилегает к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту. Предпочтительно биосовместимый каркас представляет собой саморассасывающийся биополимер, наиболее предпочтительно полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

В предпочтительных композициях аппарат пониженного давления включает распределитель, соединенный с источником пониженного давления. Распределитель в этих воплощениях является пористым. Предпочтительно распределитель содержит биосовместимый каркас. Более предпочтительно распределитель содержит саморассасывающийся биополимер, наиболее предпочтительно полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

В этих воплощениях распределитель предпочтительно образован из текучего материала, который доставляют через подающую трубку распределителя к участку ткани так, что текучий материал заполняет повреждение.

Данная заявка также относится к применению аппарата пониженного давления и биосовместимого каркаса для изготовления композиции для лечения костного или хрящевого повреждения, прилегающего к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту. Предпочтительно биосовместимый каркас представляет собой саморассасывающийся биополимер, наиболее предпочтительно полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

Для этого применения аппарат пониженного давления предпочтительно содержит распределитель, соединенный с источником пониженного давления, где распределитель является пористым. Более предпочтительно распределитель содержит биосовместимый каркас. Еще более предпочтительно распределитель содержит саморассасывающийся биополимер, наиболее предпочтительно полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

В предпочтительных воплощениях распределитель образован из текучего материала, который доставляют через подающую трубку распределителя к участку ткани так, что текучий материал заполняет повреждение.

Предпочтительные воплощения описаны в следующих примерах. Другие воплощения в объеме формулы изобретения здесь будут очевидны специалистам в данной области из обсуждения описания или практического применения изобретения, как раскрыто здесь. Подразумевается, что описание вместе с примерами рассматривается только в качестве примера, причем объем и сущность изобретения указаны в формуле изобретения, которая следует за примерами.

Пример 1. Стимуляция остеогенной активности в твердой мозговой оболочке с помощью пониженного давления

Обращаясь к ФИГ.2, осуществляли исследование повреждения черепа для оценки эффектов применения пониженного давления к неповрежденной твердой мозговой оболочке через каркас. Повреждения критических размеров были сделаны в черепе кролика, причем твердая мозговая оболочка осталась неповрежденной. Каркас, сходный с каркасом, показанным в ФИГ.1 (то есть распределитель и/или каркас 18) был размещен в контакт с твердой мозговой оболочкой. Было проведено несколько тестов, в которых изменяли количество времени, в течение которого применяли пониженное давление. Проводили контрольный тест, в котором к каркасу, размещенному в контакт с твердой мозговой оболочкой, не применяли пониженное давление. Образцы черепа и каркаса исследовали следующие 12 недель прижизненного (in-life) заживления для каждого отдельного повреждения (включая количество времени, в течение которого применяли пониженное давление). Измеряемые показатели включали размер наблюдаемой площади новой кости, количественную оценку зарастания в процентах, общую инфильтрацию каркаса в процентах и глубину проникновения новой кости в верхнюю половину каркаса. Эти измерения представлены в таблице ниже.

Лечение	Площадь новой кости (мм2)	Количественная оценка зарастания	Общая инфильтрация каркаса	Инфильтрация верхней половины каркаса (мм2)
Контроль	3,76	55%	8,9%	0,36
(n=8)
24 часа	7,18	87%	18,9%	1,74
(n=8)	(р≤0,011)	(р≤0,027)	(р≤0,0097)	(р≤0,00021)
4 суток	6,90	82%	17,9%	1,79
(n=8)	(p≤0,015)	(р≤0,048)	(р≤0,014)	(p≤0,00076)
6 суток	7,64	85%	20,4%	2,30
(n=8)	(p≤0,0032)	(p≤0,040)	(p≤0,0031)	(p≤0,00023)
10 суток	6,98	85%	20,6%	2,34
(n=7)	(p≤0,0066)	(p≤0,040)	(p≤0,0043)	(p≤0,000013)

"Новая кость" представляет собой общую площадь кости, образованной в каркасе. "Оценка зарастания" представляет собой процент повреждения, заросшего костью от одного края повреждения до другого, считая от центра повреждения. Оценка зарастания представляет собой важный клинический фактор, поскольку она показывает эффективность закрытия повреждения. "Процент инфильтрации каркаса" представляет собой процент общего доступного пространства в каркасе, который заполнен костью. "Инфильтрация верхней половины" представляет собой количество кости в верхней половине каркаса.

Как показано в таблице, применение пониженного давления значительно увеличивало все тестируемые параметры образования кости по сравнению с контрольными образцами. Во время исследования заботились о том, чтобы до введения тканевого каркаса поддерживать твердую мозговую оболочку неповрежденной. В каждый момент времени пониженное давление стимулировало статистически большее отложение новой кости, чем контроль, что указывает на то, что пороговый результат был достигнут после одного дня применения. Хотя большая длительность применения не увеличивала оценку зарастания, большая длительность оказывала влияние на распределение отложения кости, особенно в верхней половине тканевого каркаса, которую затем удаляют из твердой мозговой оболочки. Наблюдаемые и количественно измеренные различия предположительно относятся к активации твердой мозговой оболочки, поскольку мягкие ткани над повреждением не подвергали воздействию пониженного давления.

Обращаясь к ФИГ.3-4,В, были получены микрофотографии образцов, полученных в тестах, описанных выше. На ФИГ.3 представлена микрофотография нормальной структуры твердой мозговой оболочки 40, прилегающей к образующейся вновь кости 45 в черепе кролика. Также показаны остеобласты 47 между твердой мозговой оболочкой 40 и новой костью 45. Изучение образования новой кости и интеграции в материал каркаса, подвергнутого воздействию пониженного давления, подтверждает значение неповрежденной твердой мозговой оболочки в остеогенном ответе на материал каркаса. На ФИГ.4,А представлена микрофотография образца животного, показывающая четкую границу между областями образования новой кости 55 и областями без образования новой кости 60. Хотя обе области содержат материал каркаса 62, отсутствие неповрежденной мембраны твердой мозговой оболочки сообразно коррелирует с отсутствием образования новой кости. На ФИГ.4,А образование новой кости 55 находится вблизи от неповрежденной мембраны твердой мозговой оболочки 64. На ФИГ.4,Б показан образец, в котором ткань центральной нервной системы 70 и тканевой каркас 75 не разделены неповрежденной твердой мозговой оболочкой. На ФИГ.4,Б заметно отсутствие образования новой кости. Напротив, на ФИГ.4,В показаны хорошо различимая мембрана твердой мозговой оболочки 80 и высокая степень образования новой кости 90 в тесном контакте с мембраной твердой мозговой оболочки 80.

Пример 2. Стимуляция остеогенного ответа надкостницы пенистыми распределителями и пониженным давлением

Пенистый распределитель и пониженное давление оценивали на их способность индуцировать синтез новой кости надкостницей. Воздействию подвергали здоровую неповрежденную надкостницу черепа кроликов. Пенистую повязку GranuFoam® (KCI Licensing, Inc., San Antonio TX) прикладывали к кости. В некоторых вариантах лечения кость, покрытую пенистой повязкой, также подвергали воздействию пониженного давления. После лечения животных убивали, и кость, в отношении которой проводили лечение, подвергали заливке парафином, изготовлению срезов и окрашиванию, чтобы оценить действие лечения на образование новой кости.

На ФИГ.5 показана здоровая неповрежденная надкостница кролика. Стрелка указывает на положение тонкого слоя надкостницы. Надкостница является тонкой, и у нее нет особенностей. Напротив, на ФИГ.6 показана индукция грануляционной ткани, лежащей над надкостницей, где пену поддерживали в контакте с поверхностью кости в течение 6 дней без пониженного давления. Грануляционную ткань индуцировали путем того, что кость подвергали воздействию пены без лечения пониженным давлением. Это доказывает, что пена индуцирует грануляционную ткань, лежащую над надкостницей. На ФИГ.7 показано лечение кости пеной и пониженным давлением (-125 мм рт.ст. (-16665 Па)). Образование новой кости было усилено по сравнению с лечением только пеной. На ФИГ.8 показан другой участок кости, подвергнутый воздействию пены и пониженного давления, показывающий отложение новой кости под новообразованной грануляционной тканью. Отложение новой кости лежит на исходной надкостно-кортикальной границе.

В заключение, в этом примере показана индукция новой кости при применении только пены. Более быстрое и обширное образование кости наблюдают при применении пониженного давления через пену.

Пример 3. Индукция образования хрящевой ткани

Образование хряща наблюдали в ответ на применение терапии пониженным давлением к поверхности неповрежденных черепных надкостных мембран. Эти наблюдения имеют большое значение, поскольку образование хряща в ответ на терапию является уникальным и представляет большой интерес в области тканевой инженерии. Эти образования наблюдали в отсутствие материалов каркаса и только при применении пониженного давления. В контроле не наблюдали образования хряща.

Хрящевая дегенерация, вызванная врожденными аномалиями или заболеванием и травмой, имеет большую клиническую значимость. Вследствие недостатка кровоснабжения и последующего ранозаживляющего ответа повреждение хряща в основном заканчивается неполным восстановлением организмом. Повреждение суставного хряща на всю толщину или костно-хрящевые повреждения возможны при нормальном воспалительном ответе, но приводят к образованию нижнего волокнистого хряща. Хирургическое вмешательство часто представляет собой единственный выход. Лечение для восстановления хряща после повреждения часто менее удовлетворительно и редко полностью восстанавливает функцию или возвращает ткань к исходному, нормальному состоянию. В этом примере показана индукция нового хряща из надкостницы при использовании лечения GranuFoam® и пониженным давлением.

Пенистый распределитель и пониженное давление оценивали на их способность индуцировать синтез нового хряща надкостницей. Воздействию подвергали здоровый неповрежденный череп кроликов. Пенистую повязку GranuFoam® (KCI Licensing, Inc., San Antonio TX) накладывали на кость. В некоторых видах лечения кость, покрытую пеной, также подвергали воздействию пониженного давления. После лечения животных убивали, и кость, в отношении которой проводили лечение, подвергали заливке парафином, изготовлению срезов и окрашиванию, чтобы оценить действие лечения на образование новой кости.

На ФИГ.9 показана здоровая неповрежденная надкостница в черепе кролика. Точки показывают границу между кортикальным слоем кости и тонким слоем надкостницы. Напротив, на ФИГ.10,А и Б показано, что при применении GranuFoam® и пониженного давления (-125 мм рт. ст. (-16665 Па)) достигли индукции обширной хрящевой ткани, лежащей над надкостницей.

Пример 4. Индукция активности эндоста

Оценивали эффект воздействия пониженного давления на индукцию остеогенной активности эндоста. Использовали противоположные пястные кости овец. Краситель процион красный (0,8%) вводили в канюлированные срединные артерии костей в течение 10 минут. Одну кость также подвергали воздействию пониженного давления (-125 мм рт. ст. (-16665 Па)). Противоположную кость не подвергали воздействию пониженного давления. После лечения кости фиксировали в 80% этиловом спирте, затем подвергали флуоромикроскопии (fluoromicroscopy) через зеленый фильтр. На ФИГ.11 показаны результаты. Кость, которую лечили пониженным давлением (панель А), показала намного более сильное кровообращение поверхности эндоста (как было измерено по интенсивности окраски проционом красным), чем кость, которую не лечили (панель Б), что указывает на усиленный благодаря пониженному давлению поток жидкости, даже если терапию применяли к наружной поверхности надкостницы.

Принимая во внимание вышеизложенное, видно, что достигнуто несколько преимуществ изобретения и получены другие преимущества.

Поскольку могут быть сделаны разнообразные изменения в вышеперечисленных способах и композициях без отступления от объема изобретения, подразумевается, что весь материал, содержащийся в описании выше и показанный в прилагаемых графических материалах, следует интерпретировать как иллюстративный, а не ограничивающий.

Все ссылки, перечисленные в этом описании, включены сюда посредством ссылки. Обсуждение ссылок здесь предназначено только для суммирования утверждений, сделанных авторами, и не делается допущения, что какая-либо ссылка является уровнем техники. Заявители сохраняют право оспаривать точность и уместность приведенных ссылок.

1. Способ активации остеогенной или хондрогенной активности в участке ткани у субъекта, включающий применение пониженного давления к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту субъекта, прилегающим к указанному участку ткани у субъекта.

2. Способ по п.1, где участок ткани имеет костное или хрящевое повреждение, прилегающее к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту.

3. Способ по п.1, где пониженное давление применяют к твердой мозговой оболочке.

4. Способ по п.1, где пониженное давление применяют к надкостнице.

5. Способ по п.4, где пониженное давление индуцирует остеогенную активность эндоста.

6. Способ по п.1, где пониженное давление применяют к эндосту.

7. Способ по п.2, где повреждение обусловлено (а) раной, (б) раком, (в) дегенеративным заболеванием или (г) является врожденным.

8. Способ по п.2, где повреждение представляет собой костное повреждение.

9. Способ по п.2, где повреждение представляет собой хрящевое повреждение.

10. Способ по п.2, где биосовместимый каркас вводят внутрь повреждения.

11. Способ по п.10, где биосовместимый каркас представляет собой саморассасывающийся биополимер.

12. Способ по п.11, где саморассасывающийся биополимер представляет собой полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

13. Способ по п.2, где пониженное давление применяют к повреждению через распределитель, соединенный с источником пониженного давления, где распределитель является пористым и расположен на повреждении или в нем.

14. Способ по п.13, где распределитель образован из текучего материала, который доставляют через подающую трубку распределителя к участку ткани так, что текучий материал заполняет повреждение.

15. Способ по п.13, где распределитель представляет собой саморассасывающийся биополимер и способен служить в качестве биосовместимого каркаса.

16. Способ по п.15, где саморассасывающийся биополимер представляет собой полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

17. Способ по любому из пп.1-16, где пониженное давление применяют в течение по меньшей мере 24 ч.

18. Способ по любому из пп.1-16, где пониженное давление применяют в течение менее 24 ч.

19. Способ по любому из пп.1-16, где пониженное давление применяют в течение промежутка времени от приблизительно 12 ч до приблизительно 3 суток.

20. Способ лечения костного или хрящевого повреждения у субъекта, включающий применение пониженного давления к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту, которые прилегают к повреждению.

21. Способ по п.20, где пониженное давление применяют к твердой мозговой оболочке.

22. Способ по п.20, где пониженное давление применяют к надкостнице.

23. Способ по п.22, где пониженное давление индуцирует остеогенную активность эндоста.

24. Способ по п.20, где пониженное давление применяют к эндосту.

25. Способ по п.20, где биосовместимый каркас вводят внутрь повреждения.

26. Способ по п.21, где биосовместимый каркас представляет собой саморассасывающийся биополимер.

27. Способ по п.22, где саморассасывающийся биополимер представляет собой полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

28. Способ по п.20, где пониженное давление применяют к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту через распределитель, соединенный с источником пониженного давления, где распределитель является пористым и расположен на повреждении или в нем.

29. Способ по п.28, где распределитель образован из текучего материала, который доставляют через подающую трубку распределителя к участку ткани так, что текучий материал заполняет повреждение.

30. Способ по п.28, где распределитель содержит саморассасывающийся биополимер и способен служить в качестве биосовместимого каркаса.

31. Способ по п.30, где саморассасывающийся биополимер представляет собой полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

32. Способ по любому из пп.20-31, где пониженное давление применяют в течение по меньшей мере 24 ч.

33. Способ по любому из пп.20-31, где пониженное давление применяют в течение менее 24 ч.

34. Способ по любому из пп.20-31, где пониженное давление применяют в течение промежутка времени от приблизительно 12 ч до приблизительно 3 суток.

35. Композиция для лечения костного или хрящевого повреждения, содержащая аппарат пониженного давления и биосовместимый каркас, где аппарат пониженного давления сконфигурирован с возможностью применения пониженного давления к твердой мозговой оболочке, надкостнице или эндосту.

36. Композиция по п.35, где биосовместимый каркас представляет собой саморассасывающийся биополимер.

37. Композиция по п.36, где саморассасывающийся биополимер представляет собой полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

38. Композиция по п.35, где аппарат пониженного давления включает распределитель, соединенный с источником пониженного давления, где распределитель является пористым.

39. Композиция по п.38, где распределитель содержит биосовместимый каркас.

40. Композиция по п.38, где распределитель содержит саморассасывающийся биополимер.

41. Композиция по п.40, где саморассасывающийся биополимер представляет собой полимер полилактид-согликолид (PLAGA) или сополимер полиэтиленгликоль-PLAGA.

42. Композиция по любому из пп.38-41, где распределитель образован из текучего материала, который доставляют через подающую трубку распределителя к участку ткани так, что текучий материал заполняет повреждение.