способ аутотрансплантации иммобилизованных стромальных стволовых клеток костного мозга

Формула изобретения

Способ аутотрансплантации мобилизованных стромальных стволовых клеток костного мозга посредством их внедрения в костный дефект, отличающийся тем, что выделяют стромальные стволовые клетки, культивируют и мобилизуют их на матрице-фиксаторе из пористого никелида титана из расчета 20 млн клеток на 1 см³, определяют объем имплантата на основании измерений предоперационных рентгенограмм в стандартных проекциях с учетом планируемого объема оперативного вмешательства, определяют количество стромальных клеток, необходимое для создания локального депо, рассчитывают количество необходимого костно-мозгового пунктата, формируют ложе и устанавливают имплантат с мобилизованными стромальными стволовыми клетками в костный дефект.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и трансплантологии, и может быть использовано для получения артифициального костного блока тел позвонков и губчатых костей конечностей при хирургическом лечении травматических повреждений, дегенеративно-дистрофических заболеваний, опухолей, остеомиелита и туберкулеза в условиях системной или локальной недостаточности репаративного остеогенеза.

Известен способ трансплантации в прямую мышцу живота клеток поджелудочной железы в комплексе с клетками печени, тимуса, костного мозга и др., получаемых путем культивирования эмбриональных (9-11 недель гестации) тканей, с использованием проницаемого пористого носителя из никелида титана в лечении осложнений сахарного диабета (Патент №2143867 от 10.01.2000 г.: Имплантат для хирургического лечения заболеваний внутренних органов). Благодаря свойствам пористого носителя из никелида титана удалось физически иммуноизолировать островки поджелудочной железы, предотвратить реакцию отторжения имплантированного материала, увеличить срок действия имплантата.

Общими признаками являются:

1. Использование сквозного проницаемого пористого никелида титана в качестве носителя клеток трансплантата.

Недостатки:

1. Использование для трансплантации аллогенного клеточного материала.

2. Метод предназначен для заместительной терапии функциональной недостаточности инсулин-продуцирующих -клеток островков Лангерганса поджелудочной железа при различных формах сахарного диабета и не может быть использован для трансплантации клеток в костный дефект.

Известен способ трансплантации аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, выращенных в культуре, с использованием цилиндрического пористого керамического носителя из гидроксиапатита и кальция фосфата в костный дефект диафиза бедренной кости половозрелых собак (Bruder S.P., Kraus K.H., Goldberg V.M., Kadiyala S.: The effect of implants loaded with autologous mesenchymal stem cells on the healing of canine segmental bone defects. The Journal of Bone and Joint Surgery, VOL. 80-A, NO. 7: 985-995, 1998). Предложенная экспериментальная модель демонстрирует, что трансплантации аутологичных мезенхимных стволовых клеток костного мозга в зону сегментарного дефекта диафиза трубчатой кости ведет к формированию костной ткани посредством первичного остеогенеза с полноценным восстановлением структуры и функции кости.

Общими признаками являются:

1. Использование аутологичных стромальных (мезенхимальных) клеток костного мозга с остеогенной целью.

2. Использование сквозного проницаемого пористого твердофазового материала в качестве носителя клеток трансплантата.

Недостатки:

1. Керамический имплантат из гидроксиапатита и кальция фосфата в условиях организма подвергается резорбции с прогрессирующей потерей прочности и не может выполнять роль стабильного фиксатора длительное время, требуя дополнительной внутренней фиксации.

Наиболее близким к заявляемому является способ трансплантации аллогенного деминерализированного костного матрикса, имеющего вид костной соломки с адгезированными на нем аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга стромального или лимфомакрофагального ряда у больных, имеющих протяженный дефицит бедренной кости, образовавшийся после ее резекции по поводу опухоли (Шумаков В.И., Клеточные технологии в клинике (первые шаги), стр. 8, Медицинский вестник, 25.06.2003 г.). Автор выявил ускорение дифференцировки клеточных элементов костной ткани при ремоделировании кости. Костная пластика по этой методике была выполнена у шести больных в возрасте от 7 до 12 лет. Во всех случаях у ортопедических больных имело место полное приживление костного трансплантата, причем формирование костной мозоли и восстановление функций наступало в среднем на 1,5-3 месяца раньше, чем при использовании общепринятых методов реконструктивной хирургии бедренной кости.

Общими признаками являются:

1. Использование аутологичных стромальных (мезенхимальных) клеток костного мозга с остеогенной целью.

2. Использование твердофазового носителя клеточного трансплантата.

Недостатки:

1. В качестве клеточного носителя использован аллогенный депротеинизированный матрикс в виде костной соломки, подвергается резорбции в условиях организма, не может иммобилизовать длительное время стромальные стволовые клетки и выполнять роль стабильного клеточного носителя.

2. Клеточный носитель подвергается перестройке в процессе формирования костного блока, не обладает достаточной механической прочностью, не может выполнять роль стабильного фиксатора длительное время и требует дополнительной внутренней фиксации.

Задачей изобретения является локальное восстановление функции репаративного остеогенеза при различных его нарушениях, увеличение прочности и скорости формирования костного блока, максимальное сохранение достигнутой коррекции деформации позвоночника, предупреждение псевдоартроза, замедленной консолидации и вторичных деформаций, сокращение сроков лечения.

При решении поставленной задачи имеет место положительный эффект в виде создания ядра окостенения из стромальных стволовых клеток, предшественников остеобластов, в костном дефекте в условиях первично стабильной фиксации имплантатом-фиксатором из пористого никелида титана, выполняющего дополнительную функцию носителя клеточного материала. Внутренняя фиксация первично стабильна, костеобразование идет по типу первичного костного сращения, компенсируются локальные расстройства репаративного остеогенеза (дефицит костной массы, обширный костный дефект, заполнение костного дефекта брадитрофной фиброзной тканью), предотвращается интерпозиция костных структур быстро растущей грануляционной тканью, избыточное образование костной ткани и гетерогенная оссификация параоссальных структур. В связи с этим сокращаются сроки лечения и внешней иммобилизации, предоставляется возможность отказаться от дополнительной внутренней фиксации, костной пластики с использованием ауто- или аллотрансплантата. Экономический эффект обусловлен не только сокращением затрат на лечение, что связано с уменьшением его длительности и невысокой сложностью технического исполнения, но и снижением сроков и соответственно стоимости последующей реабилитации, более полноценным и своевременным восстановлением трудоспособности и социальной адаптации.

Социальный эффект выражается в уменьшении трудопотерь по временной нетрудоспособности на период лечения и реабилитации, снижении степени тяжести и сокращение сроков стойкой утраты трудоспособности, удельного веса инвалидизации в структуре травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Поставленная задача решается за счет того, что в качестве носителя стромальных стволовых клеток костного мозга используют пористый сплав никелида титана. Формируют ложе путем тотального удаления межпозвонкового диска и смежных гиалиновых хрящей, в условиях пассивной реклинации позвоночного сегмента в подготовленное ложе устанавливают вертикально цилиндрический имплантат-фиксатор соответствующих размеров с иммобилизованными стромальными стволовыми клетками таким образом, что его торцевые поверхности опираются на компактные замыкательные пластинки тел смежных позвонков, переднюю продольную связку ушивают. Расчет размера имплантата-фиксатора проводят на основании измерений предоперационных рентгеновских спондилограмм в стандартных проекциях с учетом планируемой коррекции во время операции.

Имплантат-фиксатор из пористого никелида титана обеспечивает длительную иммобилизацию стромальных стволовых клеток и является стабильным клеточным носителем.

Технический результат достигается тем, что остеогенная активность значительно возрастает в зоне костного дефекта за счет создания локальной клеточной популяции стромальных стволовых клеток костного мозга с заданными параметрами общей клеточной численности и плотности распределения. Тем самым создаются оптимальные условия для формирования первичного костного сращения в ранние сроки с опережением и подавлением развития фиброзных и хрящевых компонентов костной мозоли. В способе использованы аутологичные стромальные стволовые клетки костного мозга. Это позволяет отказаться от HLA-типирования трансплантата и определения гистосовместимости донора и реципиента, а также предотвращает артифициальное инфицирование пациента.

Пористый сплав никелида титана увеличивает площадь фиксации клеток за счет трехмерной сквозной пористости и обеспечивает стабильную иммобилизацию клеточной популяции с заданными параметрами общей численности и плотности распределения клеточных элементов.

Иммобилизованные стромальные стволовые клетки на носителе из пористого никелида титана сохраняют свою жизнеспособность, пролиферативную активность и направление дифференцировки, что показано в эксперименте на моделях in vitro.

Имплантат-фиксатор из пористого никелида титана с иммобилизованными стромальными стволовыми клетками из аутологичного костного мозга выполняет роль активной трехмерной остеогенной матрицы и замещает не только опорную, но и репаративную функцию. Внедрение стромальных стволовых клеток аутологичного костного мозга на твердофазовом носителе в костный дефект вызывает остеогенный эффект в зоне трансплантации.

Способ осуществляется следующим образом:

Проводят костно-мозговую пункцию гребня крыла подвздошной кости, аспират костного мозга в асептических условиях помещают в маркированную стеклянную тару с раствором гепарина из расчета 2500 единиц на 10 мл костного мозга, герметично укупоривают и транспортируют в клеточную лабораторию ех tempore. В клеточной лаборатории из аспирата костного мозга выделяют, культивируют стромальные стволовые клетки и иммобилизуют их на подготовленном имплантате-фиксаторе из пористого никелида титана соответствующих размеров. Количество иммобилизуемых стромальных стволовых клеток определяют в соответствии с объемом имплантата-фиксатора из пористого никелида титана из расчета 20000000 клеток на 1 см³. Расчет размеров имплантата-фиксатора из пористого никелида титана проводят на основании измерений предоперационных рентгенограмм в стандартных проекциях с учетом планируемой коррекции во время операции. Имплантат-фиксатор из пористого никелида титана с иммобилизованными стромальными стволовыми клетками помещают в асептических условиях в маркированную стеклянную тару с культуральной средой D-MEM и аутологичной плазмой 10% в заданном объеме, герметично укупоривают, транспортируют и помещают в операционную рану ex tempore. Обнажают передние отделы тел позвонков и межпозвонковых дисков, которые планируют включить в передний артифициальный костный блок. Переднюю продольную связку рассекают с формированием вертикального прямоугольного лоскута. При замещении межпозвонкового диска производится его тотальное удаление со смежными гиалиновыми хрящами. Компактные замыкательные пластинки тел смежных позвонков сохраняют для более прочной опоры имплантата-фиксатора из пористого никелида титана. Деформацию устраняют в условиях пассивной реклинации позвоночного сегмента на валике с помощью операционного стола. Цилиндрический имплантат-фиксатор соответствующих размеров с иммобилизованными стромальными стволовыми клетками помещают в подготовленное ложе. Его устанавливают вертикально таким образом, что его торцевые поверхности опираются на компактные замыкательные пластинки тел смежных позвонков. При этом достигается максимально возможная площадь контакта имплантата с телами смежных позвонков, повышающая прочность фиксации и скорость формирования губчатой костной ткани в пористом имплантате. Имплантат-фиксатор из пористого никелида титана обеспечивает длительную иммобилизацию стромальных стволовых клеток и является стабильным клеточным носителем. После устранения реклинации имплантат прочно фиксируется между телами позвонков по типу «распорки» за счет натяжения связок позвонков. С целью дополнительной фиксации трансплантата ушивают переднюю продольную связку над имплантатом.