Способ осуществления прицельного малоинвазивного доступа для клеточных трансплантаций в костный регенерат

Группа изобретений относится к области медицины и медицинской техники. Система малоинвазивного введения трансплантата в соединительнотканный регенерат на месте костного дефекта субъекта для пластины накостного остеосинтеза включает порт-систему, представляющую собой устанавливаемое под кожу устройство для ввода клеточного трансплантата, которая состоит из основного корпуса, силиконовой мембраны и титанового резервуара с канюлей, силиконовую трубку, пластину для остеосинтеза, имеющую по меньшей мере два резьбовых отверстия для крепления посредством винтов к кости в области дефекта, и по меньшей мере два винта для фиксации пластины для остеосинтеза, предназначенных для завинчивания через вышеуказанные резьбовые отверстия. Пластина включает иглу для подачи клеточного трансплантата, неподвижно соединенную с пластиной и имеющую канюлю. Проксимальный конец силиконовой трубки прикрепляется к титановому резервуару с канюлей. Дистальный конец силиконовой трубки располагается в пластине для остеосинтеза до канюли иглы для подачи клеточного трансплантата. Способ введения трансплантата в соединительнотканный регенерат для восстановления дефектов кости у субъекта, заключающийся в том, что используют вышеуказанную систему, до инъекции поверхность кожи над портом обрабатывают кожным антисептиком, производят инфузию трансплантата с помощью иглы, которой прободают кожу, частично подкожную клетчатку и затем силиконовую мембрану порта. Изобретения обеспечивают возможность проводить многократные трансплантации при пониженной травматизации и боли субъекта. 2 н. и 9 з.п ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области медицины и медицинской технике, а именно к экспериментальной травматологии и ортопедии, регенеративной медицине, трансплантологии. Изобретение может быть использовано в травматологии для сращивания костей при не сращении длинных костей после переломов и для восстановления анатомической целостности костей после травматических и иных дефектов, превышающих критические размеры в условиях in vivo.

Уровень техники

Восстановление кости на месте дефекта, превышающего критический размера, остается главной клинической проблемой травматологии и ортопедии. Дефекты кости критического размера технически определены как те, которые не заживают спонтанно, естественным путем в течение жизни пациента. Критический дефект может возникать как в случае случайного события (травма), так и преднамеренно (экспериментальные исследования на лабораторных животных). Способности человека и млекопитающих, в целом, восстанавливать кость как орган путем репаративной регенерации ограничены, поэтому для костей существует понятие о дефектах, превышающие критические размеры, но для каждой кости они имеют свои параметры и отличаются как по объему утраченных тканей, так и по конфигурации.

В экспериментах на животных моделях с искусственными критическими дефектами костей было показано (Миронов С.П., Омельяненко Н.П., Ильина В.К., Карпов И.Н., Дорохин А.И., Кожевников О.В. ТКАНЕВЫЕ И КЛЕТОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ РЕПАРАТИВНЫМ ОСТЕОГЕНЕЗОМ // Кремлевская медицина. Клинический вестник. - 2007. - №1. - С. 48-52), что на месте утраченных опорных тканей - между опилами костей спонтанно формируется надтканевая временная структура - «грануляционная ткань», богатая новообразованными сосудами. При дальнейшей естественной регенерации в этой молодой соединительной ткани происходит редукция сосудистого русла, формируется атипичная для данной локализации грубоволокнистая структура - соединительнотканный рубец. Открытые костномозговые каналы закрываются замыкательными пластинками, кость не восстанавливается.

Кость также регенерирует через динамически изменяющийся соединительнотканный регенерат, так как костная ткань - является разновидностью скелетных соединительных тканей. Вторичное костное сращение последовательно проходит пять сменяющих друг друга фаз морфологической перестройки костного регенерата: 1) формирование провизорной (остеогенной) мозоли; 2) дифференцировка клеток провизорной мозоли в хрящ и грубоволокнистую костную ткань; 3) образование первичных костномозговых полостей с костным мозгом; 4) разрушение хряща и образование на его месте энхондральной кости, имеющей губчатое строение; 5) замена грубоволокнистой энхондральной кости параллельно-волокнистой (Бабаева, Анна Георгиевна Регенерация: факты и перспективы / А.Г. Бабаева; Российская акад. мед. наук, ГУ НИИ морфологии человека РАМН. - Москва: Изд-во РАМН, 2009. - 333, [1] с. с. 182-183).

Костный регенерат длительно перестраивается: сначала происходит репаративное ремоделирование, а далее, уже на завершающем этапе, под действием постепенно нарастающей механической нагрузки осуществляется адаптивно-функциональное ремоделирование. После этих достаточно длительных перестроек кость полностью восстанавливает свои функции как орган: костный регенерат полностью консолидирован с костными отломками или краями дефекта и не отличается от соседней интактной костной ткани.

При дефектах, превышающих критический размер, кость регенерирует, но консолидация перелома невозможна, - образуются купола выростов на отломках (опилах) костей, которые не взаимодействуют достаточным образом между собой, так как их длины недостаточно для соприкосновения с костным регенератом на противоположной стороне. Остеогенные структуры самостоятельно ограниченно проникают в грануляционную ткань. Открытые костномозговые каналы закрываются замыкательными костными пластинками, и костная регенерация на этом завершается.

Таким образом, естественной репаративной регенерации недостаточно для преодоления новообразованной костной тканью расстояния дефекта, поэтому такой дефект получил название «дефект, превышающий критические размеры». Отломки кости остаются несоединенными, регенерат (грануляционная ткань) между отломками костей превращается в обычный рубец, важная опорная функция не восстанавливается, человек остается инвалидом.

Известны различные методы восполнения костного дефекта, например, при направленной трансплантации клеток с помощью матриксов из биомедицинских материалов (имплантатов), в зону дефекта. Известен способ восстановления 2,1 см дефекта бедренной кости собак, с помощью полого пористого матрикса, заселенного аллогенными мезенхимными стволовыми клетками костного мозга (Arinzeh TL, Peter SJ, Archambault MP et al. Allogeneic mesenchymal stem cells regenerate bone in a critical-sized canine segmental defect // J Bone Joint Surg Am. 2003. Vol.85-A (10). P:1927-35). Для заселения матриксов клетками использовали метод вакуумной загрузки клеточного материала. С этой целью пустой матрикс помещали в шприц, с помощью которого набирали культуральную среду с клеточным материалом. На один матрикс наслаивали 37,5 млн клеток. Через 16 недель на месте дефекта наблюдалось формирование костной ткани.

Недостатком данного метода является то, что для формирования костной ткани требуется большое число клеточного материала, кроме того, не весь матрикс замещается костной тканью, и через 16 недель он детектируется в достаточно большом количестве.

Таким образом, существует необходимость постоянно кратно вводить остеогенные клетки. При этом естественная остеогенная недостаточность преодолевается, замещение пространства костного дефекта фибробластами параоссальных тканей не происходит, а остеогенез стимулируется.

Известен документ (С.П. Миронов, Н.П. Омельяненко, О.В. Кожевников и др Возможности клеточных технологий при лечении врожденных ложных суставов костей голени у детей. // КТТИ - VII (2) - 2012 - С. 38-39), в котором раскрыт метод лечения различных патологических состояний, связанных с повреждением соединительной ткани или нарушением ее регенерации. В данном методе осуществляют инъекции аутологичных соединительнотканных клеток (ССТК) костного мозга в зону резекции ложного сустава, что приводит к формированию полноценного костного регенерата между двумя частями одной длинной трубчатой кости.

Известны ограничения клеточных трансплантаций, снижающих их клиническую эффективность из-за кратковременности жизни пересаженных клеток в организме реципиента, которая связана со следующими обстоятельствами:

1. Клетки обычно трансплантируют в виде отдельных монодисперсных клеток в суспензии, чаще всего путем местной инъекции. Эта стратегия привела к ограниченному успеху из-за быстрой гибели клеток при доставке в суровую микросреду, недостаточного удержания на месте, сокращая их предполагаемые эффекты до нескольких дней.

2. Потеря жизнеспособности происходит из-за ограниченной передачи сигналов от клетки к клетке (нарушено межклеточное взаимодействие) и клеточного матрикса (нарушено клеточно-матриксное взаимодействие) и неконтролируемой локальной среды регенерации.

3. Важно преодолеть с помощью клеточных трансплантаций минимальный порог количества клеток, необходимый для осуществления репаративного остеогенеза. Часто возникает необходимость поддержания специального искусственного субстрата, в котором пересаженные клетки могут прикрепляться и пролиферировать в течение достаточно длительного периода для обеспечения необходимого направления дифференцировки и репаративного остеогенеза.

Две новейшие концепции улучшения способов стимуляции костной регенерации - концепция лекарственных сигнальных клеток и биологической камеры «Алмазной концепции» основаны на многократной поставке различных продуктов и живых клеток в область костной регенерации.

Подача обычным инъекционным путем затруднена, так как подразумевает многократные протяженные повреждения иглой мягких тканей и регенерата и создания раневых каналов, непосредственно связывающих локальную среду регенерации с внешней средой. Важна правильность введения необходимых продуктов именно в область регенерации, а это значит необходимо «нащупывание» кончиком иглы необходимого места введения «вслепую», либо необходимость привлечения приборов медицинской визуализации и активные перемещения иглы в живых иннервированных тканях пациента. Каждое введение превращается в хирургическую операцию, требующую общего или локального обезболивания, седации.

Соответственно возрастает актуальность поиска альтернативных методов введения клеточного материала, при которых можно как создавать и поддерживать остеогенную среду для костной регенерации, так и проводить многократные клеточные трансплантации, способствуя соединению отломков кости через объединяющий соединительнотканный (костный) регенерат в единую кость (путем реституции), а также устраняя факторы, препятствующие остеогенезу.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в снижении травматизации пациентов при длительном периодическом введении клеточного трансплантата локально в зону костной регенерации, в обеспечении быстрого доступа питательных и биологически активных веществ к области дефекта в любое время в течение длительного периода восстановления целостности кости.

Технический результат данного изобретения заключается в разработке новой системы для введения клеточного трансплантата, способа введения в область костной регенерации клеточного трансплантата, а также биологически активных веществ, питательных сред, факторов дифференцировки для создания благоприятной локальной среды регенерации, поддерживающей репаративный остеогенез, а именно в разработке новой системы, с помощью которой указанный способ осуществляется, для восстановления (заживления) костного дефекта, превышающего критический размер (критический костный дефект) или длительно незаживающих переломов. Указанная система позволяет проводить многократные трансплантации и при этом характеризуется пониженной травматизацией и болью субъекта.

Использование новой системы для введения трансплантата позволит получить эффективный и постоянный доступ к области костной регенерации для ее подпитки клеточным материалом (клеточными трансплантатами, тканевыми сфероидами) и биоактивными веществами в определенных режимах с целью восстановления (заживления) костного дефекта, превышающего критический размер (критический костный дефект).

Технический результат и техническая задача обеспечиваются за счет того, что предлагаемая система для малоинвазивного введения трансплантата в соединительнотканный регенерат на месте костного дефекта включает:

- порт-систему, представляющую собой устанавливаемое под кожу устройство для ввода клеточного трансплантата, которая состоит из основного корпуса, силиконовой мембраны и титанового резервуара, который подключается к игле для подачи клеточного трансплантата на пластине для остеосинтеза, которая соединена с порт-системой посредством силиконовой трубки при помощи канюли;

- пластину для остеосинтеза, имеющая, по меньшей мере два резьбовых отверстия для крепления посредством винтов к кости в области дефекта, причем пластина включает иглу для подачи клеточного трансплантата, неподвижно соединенную с пластиной, которая соединена с порт-системой посредством силиконовой трубки порт-системы при помощи канюли, причем дистальный конец силиконовой трубки располагается в пластине для остеосинтеза, проксимальный конец силиконовой трубки прикрепляется к титановому резервуару с канюлей;

- по меньшей мере два винта для фиксации пластины для остеосинтеза, предназначенные для завинчивания через вышеуказанные резьбовые отверстия.

В частных вариантах воплощения изобретения винт представляет собой конический винт в форме усеченного конуса.

В частных вариантах воплощения изобретения пластина выполнена из титана или нержавеющей стали.

В частных вариантах воплощения изобретения трансплантат представляет собой суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе тканевых или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания.

В частных вариантах воплощения изобретения сфероиды представляют собой сфероиды на основе аутологичных клеток надхрящницы, сфероиды на основе аутологичных клеток надкостницы, сфероиды на основе аутологичных и аллогенных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга и измельченной частично деминерализованной аллогенной кости или их смесь.

В частных вариантах воплощения изобретения ширина и глубина канала, через который проходит силиконовая трубка в пластине для остеосинтеза, составляет 1,5-3 мм..

В частных вариантах воплощения изобретения корпус порт-системы выполнен из биосовместимого инертного материала.

В частных вариантах воплощения изобретения биосовместимый инертный материал представляет собой эпоксидную смолу или полисульфон.

Кроме того, технический результат обеспечивается посредством осуществления способа введения трансплантата в соединительнотканный регенерат для восстановления кости у субъекта при дефектах, размеры которых превышают критический размер, посредством системы для малоинвазивного введения трансплантата по изобретению.

В частных вариантах воплощения изобретения трансплантат вводят многократно по мере развития соединительнотканного регенерата периодически.

В частных вариантах воплощения изобретения дополнительно периодически вводят цитокины, остеоиндукторы, индукторы дифференцировки, гранулы гидроксиаппатита, соли фосфата кальция в виде гранул, питательную среду, биологически активные вещества и/или суспензию измельченной деминерализованной кости.

В частных вариантах воплощения изобретения костный дефект является дефектом трубчатой кости.

Способ по изобретению основан на том, что в области травматического дефекта формируется временная надтканевая структура - грануляционная ткань - естественно-клеточная матрица (далее ЕКМ) спонтанно, естественным путем и, частично, в ответ на стимулирующее воздействие трансплантированного клеточного материала на ангиогенез и торможение редукции сосудов за счет паракринных эффектов. Указанная ЕКМ является соединительнотканным регенератом преимущественно из параоссальных тканей и насыщается извне искусственным путем через предлагаемое устройство остеогенными клетками, цитокинами, индукторами костной дифференцировки - всем тем, что необходимо для стимуляции репаративного остеогенеза. Далее ЕКМ с пересаженными остеогенными клетками или сфероидами постепенно замещается костной мозолью (частично путем замещения по типу трансплантационной регенерации), соединяющую костные отломки, которая в ходе ремоделирования регенерата уже естественным путем под действием механических нагрузок в ходе длительного ремоделирования с образованием полноценной кости на месте дефекта.

Использование настоящего изобретения позволяет:

1) осуществлять многократные трансплантации с пониженной травматизацией и болью субъекта;

2) точно проникать внутрь к костным регенератам и ЕКМ, насыщать ЕКМ остеогенными клетками, цитокинами и индукторами дифференцировки, а также питательными веществами;

3) препятствовать редукции сосудов в грануляционной ткани, завершению фазы регенерации и формированию атипичного регенерата - соединительнотканного рубца, препятствующему репаративному остеогенезу;

4) использовать ЕКМ как естественную, хорошо насыщенную кислородом и питательными материалами матрицу, которая искусственным путем насыщается остеогенным материалом, меняет свои свойства и структуру, в результате чего кость эффективно регенерирует.

Система и способ согласно настоящему изобретению позволяет создавать и поддерживать локальную остеогенную среду благоприятную для костной регенерации, способствуя соединению костных отломков через объединяющий костный регенерат в единую кость, а также устраняя факторы, препятствующие остеогенезу.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов осуществления служат для пояснения принципов настоящего изобретения.

На фиг. 1 показана принципиальная схема системы по изобретению, цифрами обозначены следующие позиции:

10 - пластина для остеосинтеза;

20 - порт-система;

30 - игла для подачи клеточного трансплантата;

40 - трубка порт-системы;

50 - болты (винты) для крепления пластины;

60 - кость;

70 - отверстия для винтов (болтов) крепления пластины к кости.

На фиг. 2 показана порт-система, цифрами обозначены следующие позиции:

1 силиконовая мембрана;

2 внешний корпус;

3 титановый резервуар;

4 соединительная муфта;

5 катетер;

6 канюля порта.

На фиг. 3 показана схема системы по изобретению:

10 - пластина для остеосинтеза;

20 - порт-система;

30 - игла для подачи клеточного трансплантата;

400 - критический костный дефект;

50 - винт крепления пластины;

600 - канал, соединяющий иглу для подачи клеточного трансплантата с порт-системой.

Термины и определения

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения. Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе.

В настоящем описании и в формуле изобретения термины «включает», «включающий» и «включает в себя», «имеющий», «снабженный», «содержащий» и другие их грамматические формы не предназначены для истолкования в исключительном смысле, а, напротив, используются в неисключительном смысле (т.е., в смысле «имеющий в своем составе»). В качестве исчерпывающего перечня следует рассматривать только выражения типа «состоящий из».

В материалах настоящей заявки под термином «соединительнотканный регенерат» понимают новообразованную в результате репаративной регенерации соединительная ткань.

В материалах настоящей заявки под термином «грануляционная ткань» понимают временную надтканевую структуру, молодую соединительную ткань, образующуюся при процессах заживления дефектов в различных тканях и органах. Развитие грануляций - приспособительный процесс, который содействует заживлению ран и язв, организации и элиминации инородных тел и нежизнеспособных тканей.

В материалах настоящей заявки под термином «костный регенерат», «регенерат» понимают: 1 - совокупность незрелых пролиферирующих клеток в зоне повреждения; 2 -заново образованную в результате регенерации ткань, в данном случае костную.

В материалах настоящей заявки под термином «область регенерации» - место протекания репаративной регенерации в живом организме.

В материалах настоящей заявки под термином «травматический дефект» - какой-либо телесный недостаток, образуемый в результате травмы.

В материалах настоящей заявки под термином «перелом», «перелом кости» понимают полное или частичное нарушение целостности кости при нагрузке, превышающей прочность травмируемого участка скелета. Переломы могут возникать как вследствие травмы, так и в результате различных заболеваний, сопровождающихся изменениями в прочностных характеристиках костной ткани.

В материалах настоящей заявки термины «остеогенные структуры», «остеогенные клетки» являются синонимами, представляют собой следующие за стволовыми стромальными клетками клетки этапа остеобластической дифференцировки, являются частично коммитированными, камбиальными в остеобластическом клеточном диффероне. Популяция остеогенных клеток неоднородна, включает по крайней мере два типа клеток - детерминированные остеогенные клетки-предшественники (для реализации своих остеогенных потенций не нуждаются в какой-либо индукции, но для остеобластической дифференцировки им необходимо наличие тесных межклеточных контактов с клетками микроокружения) и индуцибельные остеогенные клетки-предшественники (проявляют остеогенные свойства только после действия определенных индукторов остеогенеза, индуцибельными к остеогенезу являются адвентициальные клетки, сопровождающие сосуды, клетки в надкостнице и в экстраскелетных органах).

В материалах настоящей заявки под терминами «индукторы остеогенеза», «факторы или индукторы костной дифференцировки», «остеоиндукторы» понимают вещество, которое может стимулировать дифференцировку стволовых клеток и клеток предшественников в направлении остеобластического дифферона - остеобластов, образования костной ткани.

«Индуктор дифференцировки» - это вещество, которое может стимулировать дифференцировку стволовых клеток и клеток предшественников в определенном направлении.

«Индуцированная дифференцировка» - дифференцировка клеток, происходящая в результате воздействия на нахи определенных факторов биологической или химической природы.

В материалах настоящей заявки под термином «факторы индукции и стимуляторы, которые поддерживают остеогенез, не удаляя существующие необходимые биологически активные вещества, поддерживающие регенерацию» понимают различные химические вещества, обладающие биологической активностью, которые присутствуют в тканевой жидкости в области регенерирующих структур. Они необходимы для реализации процессов направленных на восстановление биологических структур, в данном случае - кости.

В материалах настоящей заявки под термином «остеогенная среда для костной регенерации» понимают локальную искусственно поддерживаемую тканевую среду для направленной дифференцировки стволовых и прогениторных клеток в направлении остеобластической линии дифференцировки, благоприятную для костной регенерации, содержащую индукторы костной регенерации, в том числе 0,1 мкМ дексаметазона, 0,05 мМ аскорбиновой кислоты, 10 мМ глицерол-2-фосфата.

В материалах настоящей заявки под термином «питательные вещества» (в контексте клеточных технологий) понимают все вещества в легко усваиваемом виде, необходимые для удовлетворения пищевых и энергетических потребностей живых клеток.

Используемый в данной заявке термин «питательная среда» - это смесь неорганических солей и других питательных соединений, предназначенная для обеспечения выживания, поддержания роста и/или пролиферации клеток за пределами организма в искусственных условиях, обычно используется основная среда с добавками, например, сывороткой или факторами роста.

В материалах настоящей заявки термин «биологически активные вещества» -химические вещества, обладающие при небольших концентрациях высокой физиологической активностью по отношению к определенным группам живых организмов или к отдельным группам их клеток.

Используемый в данной заявке термин «сфероиды» относится к плотно упакованным клеточным агрегатам шарообразной формы, сформированных путем трехмерного культивирования. Их важным свойством является способность к взаимной адгезии и последующему тканевому слиянию, а также к адгезии к элементам внеклеточного матрикса реципиента. Тканевые сфероиды имеют тканеподобное строение - часто называют трехмерными микротканями, которые создавались в искусственных условиях, максимизирующих межклеточные взаимодействия.

В материалах настоящей заявки под термином «клеточный материал», «клеточный трансплантат» понимают остеогенные клетки, живые клеточные культуры аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки костного мозга или жировой ткани, а также клеточные (тканевые) сфероиды, полученные из этих клеток, биокомпозитные сфероиды, различные их сочетания.

В материалах настоящей заявки под термином «трансплантат» понимают суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе клеточных (тканевых) или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания. При этом сфероиды представляют собой сфероиды на основе аутологичных клеток надхрящницы, сфероиды на основе аутологичных клеток надкостницы, сфероиды на основе аутологичных и аллогенных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга и измельченной частично деминерализованной аллогенной кости или их смесь.

Не сращение длинных костей (Long bone non-union continues) было определено как «неспособность достичь костного сращения в течение 9 месяцев после травмы, и в течение 3 месяцев не было никаких признаков восстановления» или на период 6 месяцев, если нет никаких рентгенологических признаков заживления перелома.

Термин «соединенный» означает функционально соединенный, при этом может быть использовано любое количество или комбинация промежуточных элементов между соединяемыми компонентами (включая отсутствие промежуточных элементов).

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.д. используются просто как условные маркеры, не накладывая каких-либо численных или иных ограничений на перечисляемые объекты.

В качестве порт-системы в настоящем изобретении, в частности, может быть использована имплантируемая хирургическим путем подкожно порт-система Селсайт со специальными иглами Сурекан для подачи клеточного трансплантата с особой формой острия, которая не повреждает порт для заполнения порт-системы (В. Braun Melsungen AG), силиконовый катетер этой порт-системы заменяется на более длинную силиконовую трубку такого же диаметра внутреннего отверстия, но более толстой стенкой +30% (трубка порт-системы устройства), соединяющую ее с иглой для подачи клеточного трансплантата в пластине для остеосинтеза. Соединение выходной канюли порта и трубки порт-системы закрепляется специальной фиксирующей муфтой, аналогичной входящей в комплект этой порт-системы.

Подробное раскрытие изобретения

В целом настоящее изобретение относится к системе для введения трансплантата в область дефекта, в частности для трансплантации суспензии клеток или сфероидов и способу введения трансплантата в соединительнотканный регенерат с использованием системы.

Система для трансплантации клеточного материала включает по меньшей мере одну порт-систему, пластину для остеосинтеза, эластичную трубку, винты для фиксации пластины для остеосинтеза, предназначенные для завинчивания через резьбовые отверстия в пластине (фиг. 1). Пластина и порт-система соединены посредством силиконовой трубки, от канюли порт системы до канюли иглы для подачи клеточного трансплантата. В пластине выбрана фрезой канавка, в которую укладывается силиконовая трубка, канавку выполняется как с внутренней, так и с наружной стороны пластины для остеосинтеза.

При трансплантации клеточного материала сначала подается суспензия с живым материалом в организм пациента специальной иглой для подачи клеточного трансплантата через кожу и силиконовую мембрану непосредственно в камеру порт-системы, а затем по катетеру попадают в силиконовую трубку (внутренний диаметр 1 мм, толщина стенки 0,5 мм). Периоды введения клеточного материала и других веществ определяются конкретными протоколами лечения. Более подробно введение трансплантата описано ниже.

Через порт-системы в соединительнотканный регенерат периодически подается клеточный материал: суспензия живых клеточных культур, в частности аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, клеточные (тканевые) сфероиды, полученные из этих клеток, биокомпозитные сфероиды, различные их сочетания.

Периодическое введение клеточного материала необходимо для того, чтобы одна порция клеточного материала успела прижиться, либо реализовать сценарий медицинских сигнальных клеток - выделение цитокинов при временном приживлении клеток, перед тем, как подается следующая порция, которая формирует следующий объем прижившего трансплантата. Периодичность зависит от протокола лечения. Введения клеточного материала кратные, одномоментные, повторяются с интервалом от 12 часов до нескольких суток.

Сам инфузионный порт, устанавливается под кожей во время небольшой хирургической операции (фиг. 2). Место и способ постановки порт-системы определяется общим состоянием пациента и планируемого вида лечения. Инфузия лекарственных препаратов производится с помощью специальных игл типа Губера, которые, пунктируя силиконовую мембрану порта, позволяют вводить инфузионный раствор в резервуар, не повреждая силиконовую мембрану. Далее препарат попадает через катетер в силиконовую трубку и далее в область дефекта (в зависимости от вида порт - системы).

Таким образом, большие объемы кости могут быть сконструированы предсказуемым образом с использованием новых протоколов клеточных трансплантаций, позволяющих часто и безболезненно вводить клеточный материал для регенерации.

Пример

Процедура имплантации устройства выполняется под общим наркозом в асептических условиях общей операционной, оснащенной рентгенохирургической установкой для обеспечения контроля положения устройства.

Кролику подготавливается операционное поле над большеберцовой костью. Производиться разрез мягких тканей, хирургический доступ к большеберцовой кости. С помощью пилы проволочной витой Джигли выпиливается из центральной части диафиза кусок большеберцовой кости длинной 3 см. Осуществляется гемостаз.

Далее на две части большеберцовой кости накладывается специально подобранная пластина для накостного остеосинтеза, которая соединена неподвижно с иглой для подачи клеточного трансплантата. Пластина позволяют надежно фиксировать части кости с боковой поверхности кости за счет блокирования в отверстиях головок винтов, которые вводятся в костные отломки (фиг. 3). Две части кости фиксируются в правильном анатомо-топографическом положении, открытыми костномозговыми каналами друг напротив друга. Между отломками остается свободное пространство, соответствующее длине и объему удаленной центральной части кости.

Порт-система имплантируется хирургическим путем подкожно в подкожный карман, который выполняется с наружной части вышерасположенного бедра этой же задней конечности кролика. Подкожный карман выполняется через хирургический доступ к большеберцовой кости. Мягкие ткани раздвигаются тупым путем, по ходу раневого канала проходит силиконовая трубка устройства. Дистальный конец силиконовой трубки располагается в пластине для остеосинтеза, проксимальный конец силиконовой трубки прикрепляется к титановому резервуару с канюлей. Титановый резервуар запаян в специальный корпус из биосовместимых инертных материалов (специальная эпоксидная смола или пластик - полисульфон). Это покрытие облегчает имплантацию порта под кожу, и отсутствие выраженных реакций на инородное тело. Центральная часть камеры порт-системы состоит из очень плотной силиконовой мембраны. Соединение выходной канюли порта и силиконовой трубки устройства закрепляется специальной фиксирующей муфтой. Титановый резервуар подшивается хирургическими швами к прилежащим поверхностной фасции и гиподерме. Ход силиконовой трубки свободный.

До инъекции поверхность кожи над портом обрабатывается кожным антисептиком. Инфузия трансплантата, в частности клеточных суспензий и растворов производится с помощью специальных игл - Сурекан, которые, прободают кожу и частично подкожную клетчатку, затем силиконовую мембрану порта, позволяют вводить водные растворы или взвеси в резервуар, не повреждая силиконовую мембрану. Далее суспензия клеток подается в зону костной регенерации через силиконовую трубку в иглу для подачи клеточного трансплантата, которая введена в полость на месте костного дефекта.

Проводиться послойное ушивание раны.

Имплантированная порт-система не вызывает неприятных ощущений у субъекта, в частности у животной модели, позволяет обойтись без введения животного в состояние наркоза, и делает процедуру инфузии практически безболезненной.

Срок эксплуатации системы по изобретению зависит от длительности лечения и может составлять несколько месяцев. Объединяя основные преимущества порт-системы с возможностью контролируемого введения живых клеток и биологически активных веществ в область регенерации.

Таким образом, предложенные согласно настоящему изобретению система позволяет использовать иные протоколы клеточных трансплантаций (более часто вводить клетки и вещества, поддерживать режим in vivo биореактора - подача веществ, поддерживающих костную регенерацию). При этом система позволяет осуществлять все манипуляции малоинвазивно, практически безболезненно, не требует дополнительного наркоза и местной анестезии при проведении трансплантаций и инъекций.

Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.

1. Система малоинвазивного введения трансплантата в соединительнотканный регенерат на месте костного дефекта субъекта для пластины накостного остеосинтеза, включающая: порт-систему, представляющую собой устанавливаемое под кожу устройство для ввода клеточного трансплантата, которая состоит из основного корпуса, силиконовой мембраны и титанового резервуара с канюлей, силиконовую трубку, пластину для остеосинтеза, имеющую по меньшей мере два резьбовых отверстия для крепления посредством винтов к кости в области дефекта, и по меньшей мере два винта для фиксации пластины для остеосинтеза, предназначенных для завинчивания через вышеуказанные резьбовые отверстия, причем пластина включает иглу для подачи клеточного трансплантата, неподвижно соединенную с пластиной, и имеющую канюлю, проксимальный конец силиконовой трубки прикрепляется к титановому резервуару с канюлей, а дистальный конец силиконовой трубки располагается в пластине для остеосинтеза до канюли иглы для подачи клеточного трансплантата.

2. Система по п. 1, в которой винт представляет собой конический винт в форме усеченного конуса.

3. Система по п. 1, в которой пластина выполнена из титана или нержавеющей стали.

4. Система по п. 1, в которой трансплантат представляет собой суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе тканевых или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания.

5. Система по п. 4, в которой сфероиды представляют собой сфероиды на основе аутологичных клеток надхрящницы, сфероиды на основе аутологичных клеток надкостницы, сфероиды на основе аутологичных и аллогенных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга и измельченной частично деминерализованной аллогенной кости или их смесь.

6. Система по п. 1, в которой корпус порт-системы выполнен из биосовместимого инертного материала.

7. Система по п. 6, в которой биосовместимый инертный материал представляет собой эпоксидную смолу или полисульфон.

8. Способ введения трансплантата в соединительнотканный регенерат для восстановления дефектов кости у субъекта, заключающийся в том, что используют систему по п. 1, до инъекции поверхность кожи над портом обрабатывают кожным антисептиком, производят инфузию трансплантата с помощью иглы, которой прободают кожу, частично подкожную клетчатку и затем силиконовую мембрану порта.

9. Способ по п. 8, в котором трансплантат вводят по мере развития соединительнотканного регенерата периодически.

10. Способ по п. 8, в котором дополнительно периодически вводят цитокины, остеоиндукторы, индукторы дифференцировки, гранулы гидроксиаппатита, соли фосфата кальция в виде гранул, питательную среду, биологически активные вещества и/или суспензию измельченной деминерализованной кости.

11. Способ по п. 8, в котором костный дефект является дефектом трубчатой кости.