Титановый имплантат с функцией локальной иммунотерапии для остеореконструктивной хирургии и профилактики местного рецидива онкологического заболевания и способ его изготовления
Владельцы патента RU 2779367:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина" Минздрава России) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр Российской академии наук в Черноголовке (НЦЧ РАН) (RU)
Изобретение относится к медицине и ветеринарии и может быть использовано для восстановительной хирургии черепно-челюстно-лицевой области после резекции опухоли и для профилактики местного рецидива онкологического заболевания. Имплантат представляет собой пластину из титанового сплава ВТ6 с отверстиями округлой формы. Отверстия заполнены порошкообразным препаратом анти PD-1 методом компактирования. Размер пластины определяется конкретной клинической ситуацией. Основа из титанового сплава выполняет роль депо для препарата анти PD-1 и опосредует проявление механических, каркасных и прочностных свойств готового изделия. Препарат анти PD-1 опосредует стимуляцию противоопухолевой активности иммунной системой пациента за счет подавления иммуносупрессорных реакций. Плотное компактирование препарата анти PD-1 в отверстия титановой основы обеспечивает пролонгированное высвобождение препарата в окружающие ткани после имплантации. Таким образом, заявляемый имплантат может быть использован как для остеореконструкции при лечении онкологических больных, так и для профилактики рецидива основного заболевания у пациентов после условно-радикальных операций. Техническим результатом является минимизирование механической травматизации окружающих тканей при имплантации пациенту. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к медицине и ветеринарии, а именно к онкологии, и может быть использовано для восстановительной хирургии черепно-челюстно-лицевой области после резекции опухоли и для профилактики местного рецидива онкологического заболевания.
Для лечения онкологических больных предложено применение различных методов и средств иммунотерапии, как для терапии опухолей, так и для профилактики рецидива основного заболевания у пациентов после условно-радикальных операций. В качестве средств иммунотерапии используют биомедицинские клеточные продукты, рекомбинантные цитокины, а также антитела к мембранно-связанным опухоль-специфическим молекулам или рецепторам, вовлеченным в реализацию противоопухолевого иммунного ответа. Известен биомедицинский клеточный продукт с анти-HER2 специфической противоопухолевой активностью получения CAR-T-НК клеток [RU 2728361]. Предложено использовать аллостимулированные клетки в двухэтапной последовательной стратегии имплантации непосредственно в солидную опухоль для инициации иммунного противоопухолевого ответа организмом пациента [ЕР 1037643]. Предложено использовать комбинацию аллогенных клеток для терапии злокачественных опухолей для паратуморальной имплантации [СА 2346769]. Значительный практический интерес представляет лечение с помощью препаратов ингибиторов контрольных точек иммунитета. В частности, используют моноклональные антитела к PD-1 (анти PD-1) - регуляторному рецептору на поверхности Т-лимфоцитов и натуральных киллеров, опосредующим супрессорное влияние на эффекторы противоопухолевого иммунитета [ES 2427646T5]. Для эффективного терапевтического и профилактического воздействия препараты анти-PD-1 вводят пациентам в виде длительного курса (от 6 до 12 месяцев). Однако известно, что этот препарат при системном введении часто вызывает тяжелые побочные эффекты [doi: 10.1007/s12094-021-02598-6], как и другие средства иммунотерапии. Кроме того, высокая стоимость названного препарата и других средств иммунотерапии в целом ограничивает возможности курсового системного применения для некоторых пациентов. Для снижения вводимой дозы препарата было предложено доставлять препараты in situ локально в область развития онкологического процесса или высокого риска рецидива первичного заболевания после резекции опухоли, что призвано уменьшить риск развития побочных эффектов и снизить стоимость лечения. Известно изобретение, которое включает размещение in situ имплантата, содержащего и/или покрытого по крайней мере одним активным агентом, для лечения злокачественных опухолей непосредственно в/около/вне зоны массы злокачественных клеток (например, путем размещения имплантата непосредственно в области опухоли) или для профилактики рецидива [US 20110142904]. Было предложено интратуморальное введение рекомбинантных цитокинов: препарата интерферона для лечения базально-клеточного рака кожи [https://rsmu.ru/fileadmin/templates/DOC/Disser/10/d_abdulla_ibragim.pdf], а также фактора некроза опухоли - альфа для лечения внутриглазной и конъюнктивальной меланомы [RU 2175242 С1]. Известно изобретение для химиотерапии рака, предполагающее пролонгированное высвобождение из биоразлагаемых полимерных имплантатов (например, миллицилиндров и микросфер, а также in situ образующихся гелей) соединений (в том числе, блокирующих активность интерлейкина-6) в области иссечения злокачественной опухоли, или для предотвращения ее прогрессирования [WO 2017147169]. Известно изобретение, включающее имплантацию в непосредственной близости от опухоли специального депо на основе гидрогеля, способного длительно обеспечивать градиент хемокинов иммунных клеток и ингибиторов иммунных контрольных точек типа анти-PD-1 [WO 2020176790]. В качестве средства локальной иммунотерапии онкологических больных было предложено использовать мультимерный TRAIL R-2-специфичный скаффолд, на основе 3 домена FnIII тенасцина (Tn3), обладающий повышенной аффинностью относительно клеточного рецептора 2 TRAIL (TRAIL R2) [RU 2628699].
Титан и его сплавы широко используются в качестве основы медицинских имплантатов, применяемых для возмещения дефектов не только трубчатых, но и плоских костей, где выполняют в основном каркасную функцию. В частности, известно изобретение, представляющее собой пластину на основе титана для закрытия дефектов черепа после трепанаций [US 9827012 B2] и дефектов костей челюстно-лицевой зоны [US 10080567 B2]. Для лечения пациентов с трудно доступными для хирургического лечения опухолями и для реконструкции у них костных дефектов после условно-радикальных операций оптимальным является применение медицинских изделий, сочетающих высокие прочностные и механические свойства титановых сплавов (например, сплав ВТ6) с противоопухолевой активностью для профилактики развития местного рецидива основного заболевания. Например, известно изобретение, где описывается материал из никель-титанового сплава с модифицированной поверхностью, обладающий эффектом селективного ингибирования роста опухоли, за счет выделения ионов никеля [CN 104436315 А]. Однако высвобождение активных ионов происходит только при условии выраженного ацидоза, а также существует риск развития неспецифического токсического действия эффекторных ионов. Однако противоопухолевый эффект такого изделия может быть опосредован как прямым цитотоксическим воздействием на опухолевые клетки, так и активацией противоопухолевого иммунитета пациента.
В качестве прототипа заявляемого изобретения принято использование имплантируемых пористых титановых носителей с депонированной в их поры суспензией лимфокин-активированных киллеров (ЛАК) на основе натуральных киллеров - субпопуляции аутологичных лимфоцитов, модифицированных рекомбинантными цитокинами ex vivo, для иммунореабилитации онкологических больных [RU 2400238]. В прототипе описан способ, согласно которому генерируют культуру ЛАК в присутствии интерлейкина-2 (ИЛ-2), а затем депонируют взвесь полученных клеток в стерилизованных и промытых культуральной средой пористых титановых носителях с пористостью 55-60%. Противоопухолевый эффект имплантированных скаффолдов реализуется путем прямого цитотоксического воздействия ЛАК на опухолевые клетки, а также опосредованной активацией звеньев противоопухолевого иммунитета пациента.
Недостатки прототипа: высокий риск развития местной воспалительной реакции из-за высвобождения активированными лимфоцитами провоспалительных цитокинов, а также за счет оксидативного стресса, обусловленного накоплением свободных радикалов в области имплантации изделия. Известно также, что в связи с повреждением нормальных эндотелиальных клеток сосудов под воздействием ИЛ-2 и ЛАК существует риск возрастания частоты метастазов злокачественных опухолей [Майбородин И.В. с соавт, 2009].
Задачей заявляемого изобретения является создание имплантата для восстановительной хирургии черепно-челюстно-лицевой области после резекции опухоли и для профилактики местного рецидива онкологического заболевания.
Заявляемое изобретение характеризуется тем, что основа, представляет собой пластину из титанового сплава ВТ6 с отверстиями округлой формы, заполненными порошкообразным препаратом анти PD-1 методом компактирования. Размер пластины определяется конкретной клинической ситуацией.
Получение образцов заявляемого изделия осуществляют следующим образом. В качестве основы изделия используют заготовку с ровной поверхностью площадью не менее 1 см из титанового сплава ВТ6. Затем поверхность изделия механически шлифуют со всех сторон и выпиливают отверстия диаметром 1-2 мм с помощью электроэрозионной резки, а затем плотно заполняют отверстия заготовки порошкообразной формой препарата анти PD-1 при соблюдении температуры не выше 42°С.
Технический результат
В результате описанных действий получают изделие с отшлифованной поверхностью, что минимизирует механическую травматизацию окружающих тканей при имплантации пациенту. Основа из титанового сплава выполняет роль депо для препарата анти PD-1 и опосредует проявление механических, каркасных и прочностных свойств готового изделия. Препарат анти PD-1 опосредует стимуляцию противоопухолевой активности иммунной системой пациента за счет подавления иммуносупрессорных реакций. Плотное компактирование препарата анти PD-1 в отверстиях титановой пластины-основы обеспечивает пролонгированное высвобождение препарата в окружающие ткани после имплантации. Таким образом, заявляемое изделие может быть использовано как для остеореконструкции при лечении онкологических больных, так и для профилактики рецидива основного заболевания у пациентов после условно-радикальных операций.
Изобретение иллюстрируется фигурой 1а-в
На фиг. 1а - фотография титанового имплантата с отверстиями диаметром 1 мм (увеличение в 2,1 раза).
На фиг. 1б - фотография титанового имплантата с отверстиями 1,5 мм (увеличение в 2,1 раза).
На фиг 1в - фотография титанового имплантата с отверстиями 2 мм (увеличение в 2,1 раза).
Изобретение иллюстрировано двумя примерами.
Пример №1. Исследование биоактивных свойств.
Изготавливали заготовки изделий из титанового сплава марки ВТ6 в виде дисков диаметром 1 см, толщиной 2 мм методом электроэрозионной резки. После шлифовки образцов выпиливали отверстия округлой формы диаметром 1 мм; 1,5 мм и 2 мм, глубиной не менее 2 мм методом электроэрозионной резки (Фиг. 1а-в). Затем в прорези вносили порошкообразную форму препарата анти PD-1 методом компактирования с помощью лабораторного пресса при давлении 1-5 атм. Полученное изделие упаковывали и стерилизовали радиационным способом. Эффективность стимуляции противоопухолевой активности тестировали в эксперименте in vitro. С этой целью образцы изделий размещали на дне лунок 12-луночного планшета, на них наносили мононуклеарные лейкоциты крови пациента с метастазами рака молочной железы в кости бедра, суспендированные в полной питательной среде на основе RPMI-1640 и 10% фетальной телячьей сыворотки. После 3 суток инкубации при 37°С в атмосфере с 5% углекислого газа, оценивали изменение фенотипа лимфоцитов методом проточной цитометрии и их цитотоксическую активность относительно клеток рака молочной железы линии MCF7. В качестве контроля использовали лейкоциты пациента, инкубированные в среде без образцов изделия при соблюдении вышеописанных условий. Полученные данные свидетельствуют о том, что цитотоксическая активность клеток, инкубированных с образцами заявляемого изделия всех типов, достоверно превышала клеточную активность в контроле в 1,5-2,2 раза (р<0,05). Одновременно наблюдали значительные изменения фенотипа лимфоцитов, свидетельствующие о снижении в 2,4 раза экспрессии ингибиторного рецептора PD-1 цитотоксическими Т-лимфоцитами и натуральными киллерами под воздействием контакта с тестируемыми изделиями (р<0,05 в сравнении с контролем). Был сделан вывод о том, что под влиянием выхода анти PD-1 из депо в титановой пластине происходила блокировка ингибиторных PD-1 рецепторов, ассоциированных с активированными лимфоцитами, что позволило в полной мере реализовать их противоопухолевый потенциал.
Пример №2. Исследование механических свойств.
Изготавливали заготовки изделий из титанового сплава марки ВТ6 в виде дисков диаметром 1 см, толщиной 4 мм с отверстиями округлой формы диаметром 1 мм; 1,5 мм и 2 мм, как описано в примере №1. Проводили исследования микротвердости по Бринелю Н и модуля Юнга Е с помощью наноиндентирования индентором Берковица. Согласно полученным данным, образцы заявляемого изделия характеризовались следующими величинами Н=5 ГПа и Е=120 ГПа. Полученные значения близки к значениям означенных параметров перфорированных пластин и сетчатых конструкций из сплавов титана, разрешенных для применения при остеореконструктивных операциях (р>0,05). Следовательно, механические свойства изготовленных образцов отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для реконструкции костей черепно-челюстно-лицевой области.
Таким образом, заявляемое изобретение может быть использовано как для остеореконструкции при лечении онкологических больных, так и для профилактики рецидива основного заболевания у пациентов после условно-радикальных операций.
Пример 3.
Изготавливали заготовки изделий из титанового сплава марки ВТ6 в виде квадратных пластин с длиной сторон 5 мм, толщиной 3 мм с отверстиями округлой формы диаметром 1 мм; 1,5 мм и 2 мм, как описано в примере №1. Полученное изделие упаковывали и стерилизовали радиационным способом. Исследования проводили на мышах линии C57BL/6 с привитой в области верхней трети голени меланомой линии В16, у которых производили резекцию первичного опухолевого узла и формировали искусственный дефект стенки большеберцовой кости в проксимальной области ее диафиза. У животных опытной группы дефект замещали заявляемым имплантатом, а в контрольной группе реконструкцию костного дефекта не проводили. Результат оценивали через 21 день. Было установлено, что все животные опытной группы демонстрировали полную опороспособность конечности с реконструированной костью, тогда как у 80% животных контрольной группы наблюдалась хромота, вызванная несовершенным остеосинтезом в дефектной области. По результатам вскрытия животных обеих групп было установлено, что у всех животных с имплантатами не наблюдали признаков местного рецидива в области проведения хирургического вмешательства, тогда как у 75% мышей контрольной группы наблюдали формирование узлов меланомы в области костного дефекта. Полученные результаты доказывают, что применение заявляемых имплантатов не только обеспечило эффективную остеореконструкцию в области костного дефекта, но и обеспечило профилактику рецидива опухоли после резекции первичного узла.
1. Титановый имплантат для локальной иммунотерапии при остеореконструктивной хирургии и для профилактики местного рецидива онкологического заболевания, отличающийся тем, что выполнен в виде пластины с отверстиями округлой формы, которые заполнены порошкообразным препаратом анти PD-1, причем пластина выполнена из титанового сплава ВТ6 и имеет толщину 2-4 мм.
2. Способ изготовления титанового имплантата по п. 1, включающий обработку титановой пластины, поверхность которой механически шлифуют со всех сторон, затем, с помощью электроэрозионной резки, в пластине выпиливают отверстия округлой формы диаметром 1-2 мм и глубиной не менее 2 мм, которые плотно заполняют порошкообразной формой препарата анти PD-1 методом компактирования при температуре не выше 42°С.