Способ получения костного аллотрансплантата для замещения дефектов костей черепа

Изобретение относится к медицине, а именно к восстановительной хирургии, и предназначено для получения костного пластического материала, в частности для применения в челюстно-лицевой хирургии. Способ заключается в приведении механической обработки, обезжиривания, деминерализации, замораживания, лиофилизации, стерилизации. В качестве аллотрансплантата используют кости свода черепа. Деминерализацию осуществляют до 83-94%, а замораживание проводят в физиологическом растворе при температуре (-30)-(-35)°С в течение 24-72 часов с 3-5-кратным размораживанием и сменой физиологического раствора. Изобретение обеспечивает получение аллогенного трансплантата, с пониженными антигенными свойствами и способного временно заместить дефекты костей черепа разной этиологии, размеров и локализации с последующим формированием собственной костной ткани органотопического строения.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к восстановительной хирургии, и предназначено для получения костного пластического материала, в частности для применения в челюстно-лицевой хирургии.

Общеизвестно, что лучшим материалом для костной пластики является костный аутотрансплантат. Однако далеко не во всех случаях возможно использование такого вида аутотрансплантата, в частности в педиатрической практике. Использование алло- и ксенотрансплантатов ограничивается наличием факторов тканевой несовместимости и высокой антигенности.

Так, известные способы получения костных ксенотрансплантатов, направленные на снижение антигенности, предполагают денатурацию и коагуляцию входящих в их состав белков сильными химическими реактивами или высокой температурой (DE 9616154, 1957). Однако такой костный материал часто рассасывается, а пластические свойства являются неудовлетворительными.

Известно использование высокой температуры (1250°С) для получения костного пластического материала (Mittelmeier H. Mineralisches, spongioses Knochenersatzmaterial Pyrost. Experimentelle Grundlagen und 13 Jahre klinische Erfahrung bei 1000 Fallen // Orthopade. - B.27 2. - S.121-136). Однако применение этого материала ограничено замещением небольших костных дефектов при использовании в качестве дополнения к аутогенным костным трансплантатам.

При использовании таких способов получения трансплантатов отмечается глубокая денатурация основного вещества кости и коагуляция белка при их получении, что лишает кость естественных биологических преимуществ и по существу приближает их к искусственным неорганическим заменителям, не способным к ассимиляции их тканями костного ложа.

Другой проблемой, связанной с использованием костных трансплантатов, является получение таких свойств трансплантата, которые обеспечивали бы возможность их моделирования, что особенно необходимо в пластической челюстно-лицевой хирургии, в частности у детей.

Однако полученный таким способом трансплантат является недостаточно пластичным и неудобным для замещения дефектов черепа, особенно обширных. По мере увеличения тяжелых сочетанных травм часто возникают дефекты костей черепа разных размеров и локализации, сопровождающиеся различной патологической симптоматикой, для устранения которой возможно только хирургическое вмешательство с использованием пластических материалов. В настоящее время для закрытия обширных дефектов черепа используются различные пластические материалы, в частности титановые пластины, синтетические пластмассы, которые вызывают местные воспалительные и иммунологические реакции (Зотов Ю.В. и др. Хирургия дефектов черепа, СПб, 1998). Использование для пластики дефектов черепа свежей аутокости обладает существенными недостатками, состоящими в атрофии и истончении краев кости, невозможности их использования при обширных дефектах, особенно у детей (Матвеева А.И. Замещение костей черепа регенерирующей костью. Изд-во Академии наук СССР, М., 1962).

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ изготовления костного аллотрансплантата из кортикального слоя трубчатых костей, включающий механическую обработку, обработку перекисью водорода для удаления компонентов крови, деминерализацию в растворе соляной кислоты до удаления минерального компонента на 50%, замораживание в течение 22-26 часов при температуре от (-60)-(-80)°С, лиофильную сушку, стерилизацию (RU 2147800, 27.04.2000). Однако недостатками данного аллотрансплантата для пластики дефектов черепа являются ограниченность площади материала, так как он изготовлен из кортикального слоя длинной трубчатой кости, что не позволяет использовать его при замещении обширных дефектов свода черепа; отсутствие трехслойной структуры, присущей костям черепа, что влечет за собой формирование регенерата с нарушенной органотипической структурой и измененными механическими свойствами; чрезмерная механическая прочность, препятствующая приданию материалу необходимой сложной конфигурации для пластики в области лицевого черепа.

Задачей предлагаемого изобретения является изготовление аллотранспланта, пригодного для пластических вмешательств при дефектах черепа.

Техническим результатом предлагаемого способа является получение аллогенного трансплантата с пониженными антигенными свойствами и способного временно заместить дефекты костей черепа разной этиологии, размеров и локализации с последующим формированием собственной костной ткани органотопического строения.

Технический результат достигается за счет того, что в качестве пластического материала используется аллотрансплантат из костей свода черепа с деминерализацией до 83-94% и со сниженными антигенными свойствами за счет разработанного режима замораживания.

Способ осуществляется следующим образом.

Проводят механическую обработку кости от элементов мягких тканей и затем помещают в 2% раствор перекиси водорода со сменой раствора каждые 20-30 минут (3-4 раза) для удаления из заготовок компонентов крови. Удаление жирового компонента кости осуществляют воздействием ультразвука в водной среде в течение 25-40 минут, например ультразвуковой установкой УЗУ-0.25 и помещают заготовку в смесь этилового спирта с хлороформом (1:1) на 12 часов, а затем в 1.2 N раствор соляной кислоты на период от 6 до 8 суток в условиях комнатной температуры, добиваясь удаления костного компонента на 83.4-94.5%. В результате процесса деминерализации ткань становится упругой. После деминерализации материал помещают в 0.9% раствор хлорида натрия и замораживают при температуре (-30)-(-35)°С в течение 24-72 часов. В этот период 3-5 раз производят размораживание в физиологическом растворе, всегда сменяя раствор на новый.

Как известно, трансплантационные антигены кости сосредоточены, главным образом, в немногочисленных собственных костных клетках (остеоцитах), преимущественно в оболочках. По своей химической природе трансплантационные антигены, содержащиеся в кости, представляют собой, главным образом, водорастворимые гаптеновые гликопротеины или гидрофобные гликопептиды. Межклеточное вещество, опорный коллаген, обладает намного более низкой видовой специфичностью в сравнении с другими белками организма. Минеральные вещества (гидроксиапатит - основной элемент кости) не имеют антигенных свойств. Т-антигены, определяющие трансплантационный иммунитет, имеющий клеточную природу, в отличие от Н-антигенов, ответственных за образование гуморальных антител, сравнительно нестойкие и разрушаются рядом щадящих, мягких, физических и химических воздействий.

В результате процесса деминерализации удаляется практически весь минеральный компонент кости - гидроксиапатит. После этого костная ткань становится доступной для воздействия на нее раствора хлорида натрия, который обладает способностью удалять основные антигены - гликопротеины и гликолипиды.

Для этого костный материал заливают 0.9% раствором хлорида натрия и замораживают в течение от 24 до 72 часов. Более быстрое замораживание или размораживание не позволяет обеспечить оптимальный выход белков, а замораживание и размораживание более 72 часов не повышает их выход из ткани.

Процедуру замораживания-размораживания повторяют не менее 3 раз. Так как данная кратность является оптимальной для выхода белков, а после 5-кратной процедуры выход белков не увеличивается.

Непременным условием после полного размораживания является замена раствора хлорида натрия на новый, что обеспечивает адекватное удаление белков из ткани.

После этого ткань отмывают водой очищенной, чтобы окончательно удалить оставшиеся белки.

Контроль очистки ткани от белка проводили по методу Бредфорда-Лоури (Гос. Фармакопея XI, стр.133). Проведенные исследования показали, что данный способ получения аллотрансплантата позволяет снизить содержание белка на 70-90% по сравнению с данными, полученными по способу - ближайшему аналогу.

На следующем этапе материал промывают водой очищенной, лиофилизируют в сублимационной установке LZ-9.2 в течение 48 часов, доводя температуру плит установки до +40°С, получая при этом остаточную влажность изделия в пределах 2-4%. Дегидратированный материал упаковывают в герметичные стандартные двойные пакеты и стерилизуют потоком быстрых электронов, радиационной дозой поглощения 20-25 кГр. Стерилизацию проводят на ускорителях ЛУЭ-8-5М и У003 MB, придавая материалу абсолютную антибактериальную и антигрибковую безопасность.

Полученный описанным способом аллотрансплантат может использоваться следующим образом.

В стерильных условиях за 20-30 минут перед клиническим использованием материала его извлекают из герметичной упаковки и производят регидратацию в физиологическом растворе вместе с антибиотиками и гидрокортизоном. Последний используют для снижения послеоперационного отека и нормализации кровообращения в области пластики в раннем послеоперационном периоде.

Деминерализованные имплантаты, изготовленные из костей свода черепа по предложенной технологии изготовления, с полученными биомеханическими свойствами являются чрезвычайно эластичным, пластичным и удобным материалом, способным заместить у пациентов дефекты костей черепа разных размеров и локализации. Биомеханические свойства материала позволяют выкраивать из него необходимые фрагменты, оптимальные по длине, ширине и конфигурации, которые могут повторить контуры дефектов стенок орбиты и костей свода черепа больного, что, в конечном счете, приводит к достижению полного восполнения костного дефекта. В ходе операции, при необходимости, размеры аллотрансплантатов можно исправить с учетом размеров костного дефекта и его особенностей, в частности в случаях разрушения стенок орбиты истинный размер дефекта выявляется только в ходе оперативного вмешательства.

Замещение полученных описанным способом аллотрансплантатов после их использования собственными костными тканями реципиентов начинается с 2-3 месяца после проведения костно-пластической операции и завершается за период от 10 месяцев до 4 лет, в зависимости от масштаба и локализации костного дефекта формированием регенерата органотопического строения.

Предложенный способ получения аллотрансплантата обеспечивает следующие преимущества:

- для проведения костно-пластических операций при дефектах костей черепа различной этиологии донорские кости, полученные из свода черепа, являются наиболее физиологичным материалом, что связано с общим эмбриональным происхождением для замещения костного дефекта этой области скелета;

- получаемые аллотрансплантаты обладают такой площадью (до 250-350 см²), которая способна полностью заместить даже критические по величине костные дефекты черепа единым блоком;

- эластичность регидратированных деминерализованных аллотрансплантатов, изготовленных из костей свода черепа, позволяет придавать материалу сложную конфигурацию, необходимую для пластики в области лицевого черепа, восполняя косметологические дефекты;

- высокая степень деминерализации позволяет насыщать их раствором гидрокортизона необходимой концентрации и сравнительно легко моделировать и надежно фиксировать материал с краями костного дефекта во время проведения костно-пластической операции, а также снижать возможность послеоперационных осложнений.

Пример.

Больная Г., 5 лет, поступила с диагнозом посттравматический дефект верхней стенки орбиты и лобно-теменных костей свода черепа слева в результате дорожно-транспортного происшествия. Площадь дефекта - 27 см². Костный деминерализованный аллотрансплантат из донорской половины свода черепа был подготовлен по предложенному способу. Для этого костную ткань механически очистили от элементов мягких тканей. Затем заготовку троекратно помещали в 2% раствор перекиси водорода со сменой раствора для удаления компонентов крови. После воздействия ультразвуком в течение 30 минут донорскую ткань поместили в 700 мл смеси этилового спирта с хлороформом (1:1) на 12 часов. Деминерализацию проводили в течение 144 часов (6 суток), используя для этого раствор 1,2 N соляной кислоты при температуре 2-4°С до 83-94% деминерализации, тем самым сохраняя в большей степени остеоиндуктивные свойства материала. Таким образом, частично предотвращается аутолиз ткани. После проверки деминерализованного аллотрансплантата на упругость (хорошо мнется в руках) его поместили в морозильную камеру в физиологическом растворе при температуре (-30)-(-35)°С на 24-72 часа с трехкратной сменой физиологического раствора, тем самым существенно снижая его антигенные свойства. Затем проводили лиофилизацию, упаковывали в стандартный двойной пакет и затем стерилизовали потоком быстрых электронов радиационной дозой поглощения 22 кГр.

За 25 минут до клинического использования материал извлекали из упаковки и помещали в стерильный физиологический раствор с гентамицином и гидрокортизоном в условиях операционной. После регидратации материал стал эластичным, что позволило ножницами вырезать из него сложный по конфигурации фрагмент, полностью соответствующий конфигурации дефекта, который был измерен и определен в результате компьютерно-томографического исследования в предоперационном периоде. Аллотрансплантат укладывали под надкостницу, края которой фиксировали швами. Операционную рану зашили наглухо послойно. Послеоперационный период прошел гладко, без осложнений. Контроль за перестройкой аллотрантсплантата осуществляли компьютерно-томографическим методом исследования через каждые 6 месяцев после проведения реконструктивной операции. К концу 2-го года в центре аллотрантсплантата и на границе соприкосновения с материнским ложем сформировались достаточно обширные участки с плотностью нормальной костной тканью. К концу 3 года после операции аллотрантсплантат почти полностью заместился органотопической костной тканью с небольшими участками разреженности.

Таким образом, предложенный способ получения костного аллотрансплантата позволяет изготовить материал для костной пластики при черепно-лицевых повреждениях, обладающий пониженными антигенными свойствами в сочетании с хорошими пластическими свойствами и осуществлять замещение, в том числе, больших и сложных по конфигурации дефектов, что особенно важно у детей.

Способ получения костного аллотрансплантата для черепно-лицевой пластики, включающий механическую обработку, обезжиривание, деминерализацию, замораживание, лиофилизацию, стерилизацию, отличающийся тем, что в качестве аллотрансплантата используют кости свода черепа, при этом обезжиривание осуществляют воздействием ультразвука в водной среде в течение 25-40 мин, а затем помещают заготовку в смесь этилового спирта с хлороформом (1:1) на 12 ч, а деминерализацию осуществляют в 1,2N растворе соляной кислоты в течение 6-8 суток при комнатной температуре, после чего замораживают в 0,9%-ном растворе хлорида натрия при температуре (-30)-(-35°)С в течение от 24 до 72 ч с 3-5-кратным размораживанием и сменой 0,9%-ного раствора хлорида натрия на свежий, после чего отмывают водой очищенной, лиофильно высушивают в течение 48 ч, упаковывают и стерилизуют потоком быстрых электронов дозой 20-25 кГр.