RU2778615C1 - Graft, a method for bone marrow autotransplantation to stimulate reparative bone regeneration and a device for carrying out transplantation - Google Patents
Graft, a method for bone marrow autotransplantation to stimulate reparative bone regeneration and a device for carrying out transplantation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778615C1 RU2778615C1 RU2021129393A RU2021129393A RU2778615C1 RU 2778615 C1 RU2778615 C1 RU 2778615C1 RU 2021129393 A RU2021129393 A RU 2021129393A RU 2021129393 A RU2021129393 A RU 2021129393A RU 2778615 C1 RU2778615 C1 RU 2778615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bone
- bone marrow
- graft
- marrow
- tube
- Prior art date
Links
- 210000000988 Bone and Bones Anatomy 0.000 title claims abstract description 255
- 210000001185 Bone Marrow Anatomy 0.000 title claims abstract description 192
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 title abstract description 25
- 210000003275 Diaphyses Anatomy 0.000 claims abstract description 35
- 230000004936 stimulating Effects 0.000 claims abstract description 6
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 claims description 35
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 33
- 230000001054 cortical Effects 0.000 claims description 25
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 claims description 24
- 210000003414 Extremities Anatomy 0.000 claims description 19
- 210000004369 Blood Anatomy 0.000 claims description 15
- 210000002303 Tibia Anatomy 0.000 claims description 15
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 15
- 210000004271 bone marrow stromal cells Anatomy 0.000 claims description 14
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 claims description 11
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 claims description 11
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 claims description 11
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 9
- 210000003460 Periosteum Anatomy 0.000 claims description 8
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 7
- 239000000789 fastener Substances 0.000 claims description 6
- 210000002798 bone marrow cell Anatomy 0.000 claims description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 5
- 210000000577 Adipose Tissue Anatomy 0.000 claims description 4
- 102100000672 SMPX Human genes 0.000 claims description 4
- 108060007673 SMPX Proteins 0.000 claims description 4
- 230000001154 acute Effects 0.000 claims description 3
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 claims description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 230000023597 hemostasis Effects 0.000 claims description 3
- OFPTZWGZSRJCOT-MSPNRCMCSA-M potassium;2-[(1S,2S,3R,4S,5S,6R)-3-(diaminomethylideneamino)-4-[(2R,3R,4R,5S)-3-[(2S,3S,4S,5R,6S)-4,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-3-(methylamino)oxan-2-yl]oxy-4-formyl-4-hydroxy-5-methyloxolan-2-yl]oxy-2,5,6-trihydroxycyclohexyl]guanidine;(2S,5R,6R)-3,3-d Chemical compound [K+].N([C@H]1[C@H]2SC([C@@H](N2C1=O)C([O-])=O)(C)C)C(=O)CC1=CC=CC=C1.CN[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@](C=O)(O)[C@H](C)O[C@H]1O[C@H]1[C@H](N=C(N)N)[C@@H](O)[C@H](N=C(N)N)[C@@H](O)[C@@H]1O OFPTZWGZSRJCOT-MSPNRCMCSA-M 0.000 claims description 3
- 230000000399 orthopedic Effects 0.000 abstract description 17
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 9
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 9
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002609 media Substances 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 230000002188 osteogenic Effects 0.000 description 12
- 210000000056 organs Anatomy 0.000 description 10
- 200000000019 wound Diseases 0.000 description 10
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 9
- 210000002805 Bone Matrix Anatomy 0.000 description 8
- 241000282472 Canis lupus familiaris Species 0.000 description 8
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 8
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 6
- 238000010322 bone marrow transplantation Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 description 5
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 5
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 5
- 210000002536 Stromal Cells Anatomy 0.000 description 4
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000036515 potency Effects 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 4
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 4
- 210000001367 Arteries Anatomy 0.000 description 3
- 210000004204 Blood Vessels Anatomy 0.000 description 3
- 208000009755 Bone Cysts Diseases 0.000 description 3
- 229920000544 Gore-Tex Polymers 0.000 description 3
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 3
- 201000009910 diseases by infectious agent Diseases 0.000 description 3
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 3
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 3
- 230000004083 survival Effects 0.000 description 3
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 3
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 3
- 208000008884 Aneurysmal Bone Cysts Diseases 0.000 description 2
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 2
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 2
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N D-Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 108009000074 Endochondral Ossification Proteins 0.000 description 2
- 206010017088 Fracture nonunion Diseases 0.000 description 2
- JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N HEPES Chemical compound OCC[NH+]1CCN(CCS([O-])(=O)=O)CC1 JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010022114 Injury Diseases 0.000 description 2
- 210000002414 Leg Anatomy 0.000 description 2
- 210000003141 Lower Extremity Anatomy 0.000 description 2
- 210000002901 Mesenchymal Stem Cells Anatomy 0.000 description 2
- 206010061363 Skeletal injury Diseases 0.000 description 2
- 241000473945 Theria <moth genus> Species 0.000 description 2
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H Tricalcium phosphate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 210000003462 Veins Anatomy 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 2
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 2
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 2
- 230000000975 bioactive Effects 0.000 description 2
- 230000023555 blood coagulation Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 2
- 229960005188 collagen Drugs 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 description 2
- 230000035194 endochondral ossification Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 230000003394 haemopoietic Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N methylene dichloride Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000000250 revascularization Effects 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 230000000472 traumatic Effects 0.000 description 2
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 2
- 230000001228 trophic Effects 0.000 description 2
- ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-N Adenosine triphosphate Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)[C@@H](O)[C@H]1O ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 1
- 102000009088 Angiopoietin-1 Human genes 0.000 description 1
- 108010048154 Angiopoietin-1 Proteins 0.000 description 1
- 210000000601 Blood Cells Anatomy 0.000 description 1
- 230000037227 Blood Loss Effects 0.000 description 1
- 208000006386 Bone Resorption Diseases 0.000 description 1
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 description 1
- 210000004004 Carotid Artery, Internal Anatomy 0.000 description 1
- 210000001612 Chondrocytes Anatomy 0.000 description 1
- 210000002808 Connective Tissue Anatomy 0.000 description 1
- 206010011732 Cyst Diseases 0.000 description 1
- 210000004177 Elastic Tissue Anatomy 0.000 description 1
- 210000003743 Erythrocytes Anatomy 0.000 description 1
- 102000003974 Fibroblast Growth Factor 2 Human genes 0.000 description 1
- 108090000379 Fibroblast Growth Factor 2 Proteins 0.000 description 1
- 210000002683 Foot Anatomy 0.000 description 1
- 210000001564 Haversian System Anatomy 0.000 description 1
- 210000002216 Heart Anatomy 0.000 description 1
- 210000003958 Hematopoietic Stem Cells Anatomy 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 206010020649 Hyperkeratosis Diseases 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 1
- 210000004731 Jugular Veins Anatomy 0.000 description 1
- 229920000126 Latex Polymers 0.000 description 1
- 102100006043 MCAM Human genes 0.000 description 1
- 101710034704 MCAM Proteins 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 208000004221 Multiple Trauma Diseases 0.000 description 1
- 206010028224 Multiple injury Diseases 0.000 description 1
- 210000003205 Muscles Anatomy 0.000 description 1
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 1
- 206010031252 Osteomyelitis Diseases 0.000 description 1
- 210000004197 Pelvis Anatomy 0.000 description 1
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 1
- 108010081750 Reticulin Proteins 0.000 description 1
- 210000002356 Skeleton Anatomy 0.000 description 1
- 210000003491 Skin Anatomy 0.000 description 1
- 229940005550 Sodium alginate Drugs 0.000 description 1
- 210000002784 Stomach Anatomy 0.000 description 1
- 208000002847 Surgical Wound Diseases 0.000 description 1
- 102100014320 TGFB1 Human genes 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N TiO Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010037805 Transforming growth factor beta-1 Proteins 0.000 description 1
- 206010052779 Transplant rejections Diseases 0.000 description 1
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K Trisodium citrate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 230000001058 adult Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000735 allogeneic Effects 0.000 description 1
- 238000002266 amputation Methods 0.000 description 1
- 230000002491 angiogenic Effects 0.000 description 1
- 230000002424 anti-apoptotic Effects 0.000 description 1
- 230000002429 anti-coagulation Effects 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial Effects 0.000 description 1
- 230000003260 anti-sepsis Effects 0.000 description 1
- 239000003146 anticoagulant agent Substances 0.000 description 1
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000004872 arterial blood pressure Effects 0.000 description 1
- 239000012237 artificial material Substances 0.000 description 1
- 238000004500 asepsis Methods 0.000 description 1
- 239000005313 bioactive glass Substances 0.000 description 1
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 description 1
- 230000004221 bone function Effects 0.000 description 1
- 230000024279 bone resorption Effects 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000004068 calcium phosphate ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000002520 cambial Effects 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 230000022534 cell killing Effects 0.000 description 1
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 1
- 230000001684 chronic Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 1
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002224 dissection Methods 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003511 endothelial Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth media Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000011132 hemopoiesis Effects 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000002519 immonomodulatory Effects 0.000 description 1
- 230000028993 immune response Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 230000030214 innervation Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 210000002346 musculoskeletal system Anatomy 0.000 description 1
- 230000001338 necrotic Effects 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 1
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 1
- 230000000790 osteoblast Effects 0.000 description 1
- 230000004819 osteoinduction Effects 0.000 description 1
- 230000002138 osteoinductive Effects 0.000 description 1
- 210000003668 pericytes Anatomy 0.000 description 1
- 230000002085 persistent Effects 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 230000002980 postoperative Effects 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
- 238000002278 reconstructive surgery Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000003248 secreting Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- MSXHSNHNTORCAW-UHFFFAOYSA-M sodium 3,4,5,6-tetrahydroxyoxane-2-carboxylate Chemical compound [Na+].OC1OC(C([O-])=O)C(O)C(O)C1O MSXHSNHNTORCAW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
- 239000008174 sterile solution Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000007920 subcutaneous administration Methods 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001929 titanium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940078499 tricalcium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019731 tricalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 1
- 230000000989 vascularization Effects 0.000 description 1
- 230000003878 venous anastomosis Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 238000002689 xenotransplantation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины и медицинской технике, а именно к экспериментальной травматологии и ортопедии, регенеративной медицине, устройствам для регенеративных технологий и может быть использовано в травматологии и ортопедии для изучения репаративной регенерации костей после посттравматических дефектов кости с участием пересаженного костного мозга, в том числе при костных дефектах, превышающих критический размер. The invention relates to medicine and medical technology, namely to experimental traumatology and orthopedics, regenerative medicine, devices for regenerative technologies and can be used in traumatology and orthopedics to study reparative bone regeneration after post-traumatic bone defects involving transplanted bone marrow, including with bone defects exceeding the critical size.
Поиск способов успешного восстановления анатомической целостности и формы костей после возникновения посттравматических костных дефектов, превышающих критический размер, остается областью активных исследований в фундаментальной и клинической медицине.The search for ways to successfully restore the anatomical integrity and shape of bones after the occurrence of post-traumatic bone defects exceeding a critical size remains an area of active research in fundamental and clinical medicine.
Непосредственный вклад в образование костной мозоли вносят гетерогенные камбиальные остеогенные клетки надкостницы, эндоста и каналов остеона, которые мигрируют к месту перелома, известны и другие клеточные популяции, которые вовлекаются в костную регенерацию. Перициты и стромальные клетки костного мозга координируют процесс восстановления, создают благоприятную локальную среду регенерации, поэтому их считают ключевыми секреторными центрами в месте протекания репаративной регенерации. Для выяснения роли других популяций стволовых клеток/клеток-предшественников, в том числе из мышц, трансдифференцированных хондроцитов, несомненно, требуются дальнейшие научные исследования.A direct contribution to the formation of callus is made by heterogeneous cambial osteogenic cells of the periosteum, endosteum, and osteon channels, which migrate to the fracture site; other cell populations are also known to be involved in bone regeneration. Pericytes and stromal cells of the bone marrow coordinate the recovery process, create a favorable local environment for regeneration, therefore they are considered key secretory centers at the site of reparative regeneration. Further research is clearly required to elucidate the role of other stem/progenitor cell populations, including those from muscle, transdifferentiated chondrocytes.
Давно установлено, что аутологичные гетеротопические трансплантаты цельных фрагментов (сегментов) костного мозга могут сохранять свою жизнеспособность в различных экстрамедуллярных участках тела животных-моделей, например крыс, кроликов и собак. Условие выживаемости in vivo таких фрагментов - полное восстановление в них органотипичных кроветворной и стромальной структур костного мозга. Регенерация начинается от сети выживших ретикулярных клеток, которые пролиферируют и дифференцируются в остеобласты, являющиеся источником костной регенерации, давая начало развитию новой губчатой кости на новом месте. Также ретикулярные клетки участвуют в реконструкции микроциркуляции костного мозга в трансплантате. Восстановление в новообразованной кости красного костного мозга и начало гемопоэза происходит только после развития в трансплантате новых синусоидальных сосудов и начала микроциркуляции в них (Tavassoli, М. Transplantation of marrow to extramedullary sites / M. Tavassoli, W.H. Crosby // Science. - 1968. - Vol. 161, no. 3836. - P. 54-56. - DOI: 10.1126/science.161.3836.54).It has long been established that autologous heterotopic grafts of whole bone marrow fragments (segments) can maintain their viability in various extramedullary sites of the body of animal models, such as rats, rabbits and dogs. The condition for survival in vivo of such fragments is the complete restoration of the organotypic hematopoietic and stromal structures of the bone marrow in them. Regeneration begins from a network of surviving reticular cells that proliferate and differentiate into osteoblasts, which are the source of bone regeneration, giving rise to the development of new cancellous bone in a new location. Reticular cells are also involved in the reconstruction of bone marrow microcirculation in the transplant. Recovery in the newly formed bone of the red bone marrow and the onset of hematopoiesis occurs only after the development of new sinusoidal vessels in the graft and the beginning of microcirculation in them (Tavassoli, M. Transplantation of marrow to extramedullary sites / M. Tavassoli, W.H. Crosby // Science. - 1968. - Vol. 161, no. 3836. - P. 54-56. - DOI: 10.1126/science.161.3836.54).
Развитие методов молекулярной и клеточной биологии позволило уточнить, что экспрессирующие белок МСАМ/CD 146 субэндотелиально расположенные клетки стромы костного мозга человека способны переносить после трансплантации костномозговое окружение в гетеротопные участки тела реципиента, что совпадает с образованием идентичных субэндотелиальных клеток в новом регенерировавшем миниатюрном костном органе. Формирование субэндотелиальных стромальных клеток в развивающейся гетеротопическом костном мозге на животных моделях происходит посредством специфических, динамических взаимодействий этих стромальных клеток с развивающимися синусоидами. Субэндотелиальные стромальные клетки, расположенные на стенке синусоид, являются основными продуцентами ангиопоэтина-1 (важной молекулы «ниши» гемопоэтических стволовых клеток, участвующей в ремоделировании сосудов). Формирование эктопическая ниши костного мозга требует завершения эндохондрального окостенения, с развитием кости и развития эндотелиальной синусоидальной системы в костном органе. Доказано, что CD 146+ периваскулярные ретикулярные клетки стромы костного мозга человека были способны образовывать в нетипичном месте тела реципиента миниатюрный эндохондральный костный орган (кость) в экспериментах с подкожной трансплантацией.The development of methods of molecular and cellular biology made it possible to clarify that the subendothelially located cells of the stroma of the human bone marrow expressing the MCAM/CD 146 protein are able to transfer the bone marrow environment after transplantation to heterotopic areas of the recipient's body, which coincides with the formation of identical subendothelial cells in a new regenerated miniature bone organ. The formation of subendothelial stromal cells in developing heterotopic bone marrow in animal models occurs through specific, dynamic interactions of these stromal cells with developing sinusoids. Subendothelial stromal cells located on the wall of sinusoids are the main producers of angiopoietin-1 (an important niche molecule in hematopoietic stem cells involved in vascular remodeling). The formation of an ectopic bone marrow niche requires the completion of endochondral ossification, with the development of bone and the development of the endothelial sinusoidal system in the bone organ. It has been proven that CD 146+ perivascular reticular cells of the human bone marrow stroma were able to form a miniature endochondral bone organ (bone) in an atypical site of the recipient's body in experiments with subcutaneous transplantation.
Sacchetti В, Funari A, Michienzi S, Di Cesare S, Piersanti S, Saggio I, Tagliafico E, Ferrari S, Robey PG, Riminucci M, Bianco P. Self-renewing osteoprogenitors in bone marrow sinusoids can organize a hematopoietic microenvironment. Cell. 2007 Oct 19; 131(2): 324-36. doi: 10.1016/j.cell.2007.08.025.Sacchetti B, Funari A, Michienzi S, Di Cesare S, Piersanti S, Saggio I, Tagliafico E, Ferrari S, Robey PG, Riminucci M, Bianco P. Self-renewing osteoprogenitors in bone marrow sinusoids can organize a hematopoietic microenvironment. cell. 2007 Oct 19; 131(2): 324-36. doi: 10.1016/j.cell.2007.08.025.
Реконструкция дефектов кости с помощью трансплантатов, состоящих из смеси аутогенного костного мозга и разнообразных носителей, заполняющих вместе с клетками или фрагментами костного мозга образовавшееся свободное пространство на месте утраченной части кости, является широко используемой процедурой в травматологии, ортопедии и челюстно-лицевой хирургии. Цель подобных реконструкций - восстановление первоначальной массы костной ткани, формы и функций поврежденной кости. Подобные трансплантаты применимы и в направленной костной регенерации с использованием специальных мембран для изоляции костного регенерата от окружающих тканей, препятствующих костной регенерации.Reconstruction of bone defects using grafts consisting of a mixture of autogenous bone marrow and various carriers, which, together with cells or bone marrow fragments, fill the free space formed at the site of the lost part of the bone, is a widely used procedure in traumatology, orthopedics, and maxillofacial surgery. The purpose of such reconstructions is to restore the original mass of bone tissue, the shape and function of the damaged bone. Similar grafts are also applicable in guided bone regeneration using special membranes to isolate the bone regenerate from surrounding tissues that prevent bone regeneration.
Известен пример из клинической практики - способ малоинвазивного лечения первичных аневризматических кист костей. Смесь из деминерализованной кости и аутологичного костного мозга была введена в первичные костные кисты - дефекты костной ткани 13 пациентам. После среднего периода наблюдения 3,9 года выздоровление было достигнуто у 11 пациентов. Авторы считают, что этот метод лечения кисты костей способствует самовосстановлению, то есть ускоренному заживлению кисты без обширного хирургического вмешательства и кровопотери. За счет только прокола и инъекционного способа введения смеси снижается риск инфицирования, и поэтому дополнительно предполагаются потенциальные преимущества для лечения костных кист в анатомически труднодоступных местах, таких как таз или позвоночник (Docquier, Р.L. Treatment of aneurysmal bone cysts by introduction of demineralized bone and autogenous bone marrow / P.L. Docquier, C. Delloye // The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. - 2005. - Vol. 87, no. 10. - P. 2253-2258. - DOI: 10.2106/JBJS.D.02540).A well-known example from clinical practice is a method of minimally invasive treatment of primary aneurysmal bone cysts. A mixture of demineralized bone and autologous bone marrow was injected into primary bone cysts - bone defects in 13 patients. After a mean follow-up of 3.9 years, recovery was achieved in 11 patients. The authors believe that this method of treating bone cysts promotes self-healing, that is, accelerated healing of the cyst without extensive surgery and blood loss. The puncture-only and injectable route of the mixture reduces the risk of infection, and therefore has additional potential benefits for the treatment of bone cysts in anatomically difficult sites such as the pelvis or spine (Docquier, P.L. Treatment of aneurysmal bone cysts by introduction of demineralized bone and autogenous bone marrow / P. L. Docquier, C. Delloye // The Journal of Bone and Joint Surgery American Volume - 2005. - Vol. 87, no. 10. - P. 2253-2258. - DOI: 10.2106/JBJS. D.02540).
Для лечения в эксперименте 6-миллиметровых сегментарных дефектов костей у собак применяли для сравнения введение физиологического раствора, порошка деминерализованного костного матрикса, аутогенного костного мозга, порошка деминерализованного костного матрикса в сочетании с костным мозгом или лечили стандартным свободным трансплантатом в виде аутологичной губчатой кости. Хотя и порошок деминерализованного костного матрикса, и собственного костный мозг стимулировали заживление кости при использовании по отдельности, именно комбинация деминерализованного костного матрикса и костного мозга обеспечивала лучшее заживление, чем любой из них по отдельности. Авторы приходят к выводу, что чрескожная инъекция смеси деминерализованного костного матрикса и костного мозга может быть эффективным альтернативным способом лечения несращений переломов у людей (Tiedeman, J.J. The role of a composite, demineralized bone matrix and bone marrow in the treatment of osseous defects / J.J. Tiedeman, K.L. Garvin, T.A. Kile et al. // Orthopedics. - 1995. - Vol. 18, no. 12. - P. 1153-1158. - DOI: 10.3928/0147-7447-19951201-05).For the experimental treatment of 6 mm segmental bone defects in dogs, the administration of saline, demineralized bone matrix powder, autologous bone marrow, demineralized bone matrix powder in combination with bone marrow was used for comparison, or treated with a standard free graft in the form of autologous cancellous bone. While both DMBS powder and intrinsic bone marrow stimulated bone healing when used alone, it was the combination of DMBS and bone marrow that provided better healing than either alone. The authors conclude that percutaneous injection of a mixture of demineralized bone matrix and bone marrow can be an effective alternative treatment for fracture nonunions in humans (Tiedeman, J.J. The role of a composite, demineralized bone matrix and bone marrow in the treatment of osseous defects / J.J. Tiedeman , K. L. Garvin, T. A. Kile et al Orthopedics 1995 Vol 18 No 12 P 1153-1158 DOI: 10.3928/0147-7447-19951201-05).
В еще одном пилотном клиническом исследовании продемонстрировано, что смесь деминерализованного костного матрикса и аутологичного аспирированного костного мозга дает сопоставимые результаты с применением костного аутотрансплантата - аутогенной губчатой кости, являющейся «золотым стандартом» для лечения дефектов костей. В клиническом исследовании на 18 пациентах смесь деминерализованного костного матрикса (ДКМ) и аспирата аутологичного костного мозга (АКМ) сравнивалась с костным аутотрансплантатом при восстановлении переломов длинных трубчатых костей. По прошествии 24 месяцев все десять пациентов считались вылеченными при окончательном наблюдении в этот срок по сравнению с 5 из 8 (63%) пациентов с аутотрансплантатом. Авторы пришли к выводу, что смесь ДКМ и АКМ представляется более эффективной, чем костный аутотрансплантат, и может быть использована для восстановления переломов длинных костей (Lindsey, R.W. Grafting long bone fractures with demineralized bone matrix putty enriched with bone marrow: pilot findings / R.W. Lindsey, G.W. Wood, K.K. Sadasivian et al. // Orthopedics. - 2006. - Vol. 29, no. 10. - P. 939-941. - DOI: 10.3928/01477447-20061001-07).Another pilot clinical study demonstrated that a mixture of demineralized bone matrix and autologous aspirated bone marrow gives comparable results with the use of autologous bone graft - autogenous cancellous bone, which is the "gold standard" for the treatment of bone defects. In a clinical study on 18 patients, a mixture of demineralized bone matrix (DCM) and autologous bone marrow aspirate (ABM) was compared with autologous bone graft in the repair of fractures of long bones. At 24 months, all ten patients were considered cured at final follow-up at that time, compared to 5 of 8 (63%) autograft patients. The authors concluded that a mixture of DCM and AKM seems to be more effective than a bone autograft and can be used to repair long bone fractures (Lindsey, R.W. Grafting long bone fractures with demineralized bone matrix putty enriched with bone marrow: pilot findings / R.W. Lindsey , G. W. Wood, K. K. Sadasivian et al., Orthopedics, 2006, Vol.
Трансплантация аутологичных мононуклеарных клеток костного мозга широко изучается в последние годы. Коктейль свежих клеток в мононуклеарной фракции костного мозга, не проходя через процесс культивирования in vitro, помогает создать стабильную клеточную массу и микросреду для остеогенеза, и каждый тип клеток может играть уникальную положительную роль в регенерации кости.Transplantation of autologous bone marrow mononuclear cells has been widely studied in recent years. A cocktail of fresh cells in the bone marrow mononuclear fraction, without going through an in vitro culture process, helps create a stable cell mass and microenvironment for osteogenesis, and each cell type can play a unique positive role in bone regeneration.
В исследовании сравнивалась эффективность концентрированных свежих мононуклеарных клеток костного мозга и культивированных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга при сегментарном костном дефекте у собак породы бигль. Результаты показали, что концентрированные свежие мононуклеарные клетки костного мозга способствовали гораздо большему объему образования регенерата кости, чем культивированные мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки. Трансплантаты в группе применения некультивированных клеток были лучше минерализованы, и у них наблюдалось характерное расположение коллагеновых волокон, микроструктура, химические компоненты и микробиомеханические свойства, аналогичные контралатеральной нативной (интактной) большеберцовой кости. Показано, что использование аутологичных концентрированных свежих мононуклеарных клеток костного мозга может в сочетании с гранулами β-трикальцийфосфата (β-tricalcium phosphate, β-ТСР) может быть еще одним вариантом эффективного лечения крупномасштабных сегментарных костных дефектов (Du, F. Comparison of concentrated fresh mononuclear cells and cultured mesenchymal stem cells from bone marrow for bone regeneration / F. Du, Q. Wang, L. Ouyang et al. // Stem Cells Translational Medicine. - 2021. - Vol. 10, no. 4. - P. 598-609. - DOI: 10.1002/sctm.20-0234).The study compared the efficacy of concentrated fresh bone marrow mononuclear cells and cultured bone marrow mesenchymal stem cells for segmental bone defect in beagle dogs. The results showed that concentrated fresh bone marrow mononuclear cells contributed to a much greater volume of bone regenerate formation than cultured multipotent mesenchymal stromal cells. The grafts in the uncultured cell group were better mineralized and had a characteristic collagen fiber arrangement, microstructure, chemical components, and microbiomechanical properties similar to the contralateral native (intact) tibia. It has been shown that the use of autologous concentrated fresh bone marrow mononuclear cells in combination with β-tricalcium phosphate (β-TCP) granules may be another option for the effective treatment of large-scale segmental bone defects (Du, F. Comparison of concentrated fresh mononuclear cells and cultured mesenchymal stem cells from bone marrow for bone regeneration / F. Du, Q. Wang, L. Ouyang et al. // Stem Cells Translational Medicine - 2021. - Vol. 10, no. 4. - P. 598 -609.-DOI: 10.1002/sctm.20-0234).
Пересадка костной ткани является востребованной хирургической операцией, занимает второе место по частоте трансплантаций после переливаний крови в клинической медицине.Bone grafting is a popular surgical operation, it ranks second in the frequency of transplantations after blood transfusions in clinical medicine.
Следует отметить, что существует проблема ограниченного количества и доступности костных аутотрансплантатов, так как костная травма в донорской зоне должна быть допустима для здоровья и приемлема для пациента, не приводить к осложнениям и ухудшению качества жизни.It should be noted that there is a problem of a limited number and availability of bone autografts, since a bone injury in the donor area must be acceptable for health and acceptable to the patient, not lead to complications and deterioration in the quality of life.
Известно устройство - система RIA 2 (расширитель-ирригатор-аспиратор, reamer-irrigator-aspirator (RIA) (Synthes Inc., Paoli, PA, USA), которое предназначено для очистки и увеличения размера просвета костномозгового канала, извлечения аутотрансплантата в виде измельченных фрагментов костного мозга и костной ткани, а также удаления некротических и инфицированных тканей из костномозгового канала при остеомиелитах. В состав устройства входит однопроходная расширительная головка, соединенная с ручным расширителем через приводной вал. В системе предусмотрена возможность одновременного орошения зоны воздействия водными растворами и аспирации измельченного содержимого бедренного канала во время работы, таким образом предотвращается термический некроз тканей от разогрева вращающимися элементами устройства и жировая эмболизация за счет одновременной аспирации. Устройство позволяет забирать «аспират», захваченный RIA, который, по терминологии авторов, содержит остеогенный субстрат (костный мозг и фрагменты кости). По сравнению с аутотрансплантатом, полученным из гребня подвздошной кости, аутотрансплантат, собранный с использованием методики RIA, достигает аналогичных показателей эффективности костного сращения с его помощью, по сравнению с аутологичной губчатой костью, но со значительно меньшей болью в донорской области. RIA также дает больший объем трансплантата по сравнению с забором костной ткани из переднего гребня и имеет более короткое время забора по сравнению с забором из заднего гребня подвздошной кости. В итоге полученный подобным образом костный трансплантат из здоровой конечности может быть использован для заполнения дефекта большеберцовой кости или бедренной кости по методике индуцированной мембраны (Masquelet А.-С. Harvest of cortico-cancellous intramedullary femoral bone graft using the Reamer-Irrigator-Aspirator (RIA) / A.-C. Masquelet, P.E. Benko, H. Mathevon et al. // Orthopaedics and Traumatology, Surgery and Research. - 2012. - Vol. 98, no. 2. - P. 227-232. - DOI: 10.1016/j.otsr.2012.01.003; Cox G. Reamer-irrigator-aspirator indications and clinical results: A systematic review / G. Cox, E. Jones, D. McGonagle et al. // International Orthopaedics. - 2011. - Vol. 35, no. 7. - P. 951-956. - DOI: 10.1007/s00264-010-1189-z).A device is known - the
Известными недостатками всех костных аутотрансплантатов являются увеличение времени основной операции за счет появления дополнительной операции - забора костного трансплантата, возникает дополнительное операционное поле, для аутотрансплантации существуют возрастные ограничения (дети, люди старческого возраста). Нужно отметить, что объем и форма аутотрансплантатов соответствуют анатомической области, из которой был забран материал, в большинстве случаев костный материал либо измельчен, либо не сопоставим идеально с костными краями дефекта реципиента, из-за чего возможно развитие различных осложнений, связанных с неприживлением трансплантата (до 20% случаев). Возрастает риск инфицирования, повреждения нервов в месте забора материала, соседних анатомических образований, а также длительное болезненное заживление дополнительных ран. И, пожалуй, главным недостатком аутогенного пересаженного материала считают его значительную резорбцию и потерю объема в позднем послеоперационном периоде. Крайне важно, что вскоре после забора костного трансплантата и его имплантации реципиенту происходит гибель большинства остеогенных клеток в нем.Known disadvantages of all bone autografts are an increase in the time of the main operation due to the appearance of an additional operation - bone graft sampling, an additional surgical field appears, there are age restrictions for autotransplantation (children, senile people). It should be noted that the volume and shape of autografts correspond to the anatomical region from which the material was taken, in most cases the bone material is either crushed or does not match perfectly with the bone edges of the recipient's defect, which may lead to the development of various complications associated with non-engraftment of the graft ( up to 20% of cases). The risk of infection, damage to the nerves at the site of sampling, adjacent anatomical formations, as well as prolonged painful healing of additional wounds increases. And, perhaps, the main disadvantage of autogenous transplanted material is its significant resorption and volume loss in the late postoperative period. It is extremely important that soon after the bone graft is harvested and implanted in the recipient, most of the osteogenic cells in it die.
Идеальный трансплантат обеспечивает источник гистосовместимых остеогенных клеток, индуцирует клетки (трансплантированные или местные) к костеобразованию (остеоиндукция), и наконец, содержит матрицу для отложения новой кости (Krebsbach, P.Н. Bone marrow stromal cells: Characterization and clinical application / P.H. Krebsbach, S.A. Kuznetsov, P. Bianco et al. // Critical Reviews in Oral Biology and Medicine. - 1999. - Vol. 10, no. 2. - P. 165-181. - DOI: 10.1177/10454411990100020401).The ideal graft provides a source of histocompatible osteogenic cells, induces cells (grafted or local) to form bone (osteoinduction), and finally contains a matrix for the deposition of new bone (Krebsbach, P.H. Bone marrow stromal cells: Characterization and clinical application / P.H. Krebsbach, S. A. Kuznetsov, P. Bianco et al., Critical Reviews in Oral Biology and Medicine, 1999, Vol.
Для восстановления костных дефектов применяют многочисленные варианты костных алло- и ксенотрансплантатов. Несмотря на более слабые остеоиндуктивные свойства аллотрансплантатов, в 60-90% клинических случаев наблюдается небыстрое, но успешное восстановление костей, в том числе при наличии массивных костных дефектов. Известными недостатками костных алло- и ксенотрансплантаций костной ткани являются медленная остеоинтеграция, риск передачи от реципиента к донору различных инфекционных заболеваний, возможность развития иммунного ответа и отторжения трансплантата, развитие хронического гранулематозного воспаления и мембраны инородного тела вокруг имплантата, относительно высокая стоимость, религиозные ограничения. Важным осложнением подобных пересадок является материал-ассоциированная костная резорбция, при которой одновременно с резорбцией остеопластического материала может произойти и резорбция костной ткани, что усугубляет дефект.Numerous variants of bone allo- and xenografts are used to restore bone defects. Despite the weaker osteoinductive properties of allografts, in 60-90% of clinical cases, slow but successful bone restoration is observed, including in the presence of massive bone defects. The known disadvantages of bone allo- and xenotransplantation of bone tissue are slow osseointegration, the risk of transmission from the recipient to the donor of various infectious diseases, the possibility of developing an immune response and graft rejection, the development of chronic granulomatous inflammation and a foreign body membrane around the implant, relatively high cost, and religious restrictions. An important complication of such transplantations is material-associated bone resorption, in which, simultaneously with the resorption of osteoplastic material, bone tissue resorption can also occur, which aggravates the defect.
Для заполнения костного дефекта и восстановления целостности костей используют деминерализованный костный матрикс, коллаген, искусственные материалы, такие как биокерамика (оксид алюминия, двуокись циркония, окись титана, гидроксиапатит, синтетические гидроксиапатиты, трикальцийфосфат, апатитосиликаты, биоактивные стекла и стеклокерамика), биоактивные материалы (биоактивная кальцийфосфатная керамика), композитные материалы.To fill a bone defect and restore bone integrity, demineralized bone matrix, collagen, artificial materials such as bioceramics (aluminum oxide, zirconium dioxide, titanium oxide, hydroxyapatite, synthetic hydroxyapatites, tricalcium phosphate, apatite silicates, bioactive glasses and glass ceramics), bioactive materials (bioactive calcium phosphate ceramics), composite materials.
Идеальный имплантат должен обладать набором следующих характеристик: 1) высокой остеогенной потенцией, 2) отсутствием антигенности, 3) простотой получения, 4) удобной для клинического применения геометрической формой, 5) постоянной доступностью, 6) способностью к биодеградации, 7) не препятствовать костеобразованию (Кирилова И.А., Подорожная В.Т., Ардашев И.П., Черницов С.В. Различные виды костно-пластических материалов для восстановления костной структуры // Политравма. 2008. №4. С. 60-64).An ideal implant should have a set of the following characteristics: 1) high osteogenic potency, 2) lack of antigenicity, 3) ease of preparation, 4) a geometric shape convenient for clinical use, 5) constant availability, 6) the ability to biodegrade, 7) not interfere with bone formation ( Kirilova I.A., Podorozhnaya V.T., Ardashev I.P., Chernitsov S.V. Various types of osteoplastic materials for the restoration of bone structure // Polytrauma, 2008, No. 4, pp. 60-64).
Интересен пример эктопического образования кости с использованием костного мозга (его клеток). В эксперименте стволовые клетки костного мозга на носителе оборачивались вокруг обнаженных внутренней сонной артерии и нижней яремной вены и в дальнейшем обертывались политетрафторэтиленовой мембраной (GoretexTM) для предотвращения коллатеральной васкуляризации. Через 8 недель трансплантат содержал кортикальную и губчатую кость, полностью перфузируемые артерией и веной. Эта техника открывает многообещающие перспективы для реконструктивной хирургии: васкуляризованные костные трансплантаты могут быть созданы в теле самого пациента и потом пересажены в необходимое реципиентное место (Mankani, М. Engraftment of marrow stromal fibroblasts (abstract) / M. Mankani, K. Satomura, S. Kuznetsov et al. // Journal of Bone and Mineral Research. - 1997. - Vol. 12, suppl. 1. - P. S70). Политетрафторэтиленовая мембрана Gore-Tex часто используется в качестве замены тканей человека. Части артерий можно заменить трубками из этого материала, поскольку он прочен, биосовместим и способен переносить кровь при артериальном давлении без утечек. Сосудистые трансплантаты Gore-Tex были имплантированы пациентам любого возраста и используются практически во всех частях тела, этот материал называют пластырем для живых мягких тканей. Податливость вещества позволяет легко работать с ним в сложных реконструкциях, обеспечивает прочность и толщину, его мягкость материала гарантирует комфорт пациента. Структура материала не изнашивается, поэтому хирургу легче вшить пластырь. Такие пластыри для мягких тканей используются для восстановления целостности тканей сердца и желудка.An interesting example of ectopic bone formation using bone marrow (its cells). In the experiment, carrier-based bone marrow stem cells were wrapped around the exposed internal carotid artery and inferior jugular vein and subsequently wrapped in a polytetrafluoroethylene membrane (GoretexTM) to prevent collateral vascularization. After 8 weeks, the graft contained cortical and cancellous bone, fully perfused by the artery and vein. This technique opens up promising prospects for reconstructive surgery: vascularized bone grafts can be created in the patient's body and then transplanted to the required recipient site (Mankani, M. Engraftment of marrow stromal fibroblasts (abstract) / M. Mankani, K. Satomura, S. Kuznetsov et al., Journal of Bone and Mineral Research, 1997, Vol.12, suppl.1, P.S70. The Gore-Tex polytetrafluoroethylene membrane is often used as a substitute for human tissue. Parts of the arteries can be replaced with tubes made from this material because it is strong, biocompatible, and able to carry blood at arterial pressure without leaking. Gore-Tex vascular grafts have been implanted in patients of all ages and are used in virtually all parts of the body, this material is referred to as a living soft tissue patch. The malleability of the material makes it easy to work with complex reconstructions, provides strength and thickness, and its softness of the material ensures patient comfort. The structure of the material does not wear out, so it is easier for the surgeon to sew in the plaster. These soft tissue patches are used to restore the integrity of the tissues of the heart and stomach.
Несмотря на огромное количество исследований участия клеток костного мозга в регенеративном остеогенезе, костеобразовательные способности костного мозга диафизов трубчатых костей и оптимальные условия для их проявления все еще недостаточно глубоко изучены, не полностью раскрыт регенеративный потенциал костного мозга, а его регенерационная способность недостаточно учтена и ограниченно используются в клинической практике. Известна экспериментальная модель для изучения остеогенных свойств костного мозга диафиза большеберцовой кости, которая позволила избежать целого ряда недостатков в исследованиях регенеративных остеогенных потенций костного мозга благодаря сохранению его целостности и не нарушению его кровоснабжения. В этой модели исключена необходимость свободной трансплантации костного мозга, и, несмотря на отсутствие естественного микроокружения (костный мозг обнажается и находится вне костномозговой полости (после удаления окружающей кортикальной кости, формирующей пространство этой полости), сохранены в целостности питающие артерии и вены костей, медуллярные сосуды и иннервация, а также создан покой в зоне регенерации за счет аппарата внешней костной фиксации. В известном аналоге (Илизаров, Г.А. Кортикальный дефект трубчатой кости как модель для изучения остеогенных свойств костного мозга диафиза / Г.А. Илизаров, А.А. Шрейнер, И.А. Имерлишвили // Гений ортопедии. - 1995. - №1. - С. 18-20) раскрыт метод восстановления сегмента костного диафиза. Его суть состоит в создании условий для регенерации полноценной органотипичной пластинчатой костной ткани на месте циркулярного сегментарного кортикального дефекта диафиза большеберцовой кости у собак вокруг костного мозга при сохранении его целостности и целостности питающих этот костный мозг медуллярных сосудов. Стабильность костных фрагментов обеспечивали предварительным наложением аппарата Илизарова. Для исключения участия надкостницы в костной регенерации на протяжении 7-10 мм от края отломков кости ее соскабливали скальпелем с кортикальной стенки, окружающей дефект. Зона дефекта отграничивалась от параоссальных тканей целлоидиновой пленкой, эта пленка укладывалась между костью и мягкими тканями, перекрывая на 5-7 мм во всех направлениях зону дефекта. Протяженность кортикального дефекта в эксперименте составляла 20-25 мм, что в 1,5-2 раза превышало длину поперечника кости (10-15 мм). Такой сегментарный костный дефект при несохранении целостности костного мозга мог бы быть отнесен к дефектам кости критического размера, определяемым как «наименьший костный дефект в конкретной кости и видах животных, который не заживает самопроизвольно в течение жизни животного».Despite a huge number of studies of the participation of bone marrow cells in regenerative osteogenesis, the bone marrow abilities of the bone marrow of the diaphysis of tubular bones and the optimal conditions for their manifestation are still not well understood, the regenerative potential of the bone marrow is not fully disclosed, and its regenerative ability is not sufficiently taken into account and is limitedly used in clinical practice. An experimental model is known for studying the osteogenic properties of the bone marrow of the tibial shaft, which made it possible to avoid a number of shortcomings in the study of regenerative osteogenic potencies of the bone marrow due to the preservation of its integrity and not disturbing its blood supply. In this model, the need for free bone marrow transplantation is excluded, and, despite the absence of a natural microenvironment (the bone marrow is exposed and located outside the bone marrow cavity (after removal of the surrounding cortical bone that forms the space of this cavity), the feeding arteries and veins of the bones, medullary vessels are preserved intact and innervation, as well as created rest in the regeneration zone due to the external bone fixation device.In a well-known analogue (Ilizarov, G.A. Cortical defect of the long bone as a model for studying the osteogenic properties of the bone marrow of the diaphysis / G.A. Ilizarov, A.A. Shreiner, I. A. Imerlishvili // The Genius of Orthopedics. - 1995. - No. 1. - P. 18-20) a method for restoring a segment of the bone diaphysis is disclosed. Its essence is to create conditions for the regeneration of a full-fledged organotypical lamellar bone tissue in place of the circular segmental cortical defect of the diaphysis of the tibia in dogs around the bone marrow while maintaining its integrity and the integrity of the medullary vessels that feed this bone marrow. The stability of the bone fragments was ensured by preliminary application of the Ilizarov apparatus. To exclude the participation of the periosteum in bone regeneration, it was scraped off with a scalpel from the cortical wall surrounding the defect over a distance of 7-10 mm from the edge of the bone fragments. The defect zone was delimited from the paraosseous tissues with a celloidin film, this film was placed between the bone and soft tissues, overlapping the defect zone by 5-7 mm in all directions. The length of the cortical defect in the experiment was 20–25 mm, which was 1.5–2 times the length of the bone diameter (10–15 mm). Such a segmental bone defect in the absence of bone marrow integrity could be classified as a critical bone defect, defined as “the smallest bone defect in a particular bone and animal species that does not heal spontaneously during the life of the animal.”
Было обнаружено, что уже через двое суток после операции в зоне костного дефекта и в костномозговых полостях отломков появляются очаги пролиферации клеток, еще через пять суток образуется регенерат, представленный скелетогенной тканью с визуализируемыми остеоидными балочками. Через 2-3 недели с момента операции дефект заполняется регенератом в виде губчатой костной ткани, а по истечении 2-х месяцев формируется полноценная кортикальная пластинка, полноценная надкостница и происходит полная реканализация регенерата диафиза кости.It was found that already two days after the operation, foci of cell proliferation appeared in the area of the bone defect and in the bone marrow cavities of the fragments, and after another five days, a regenerate was formed, represented by skeletal tissue with visualized osteoid trabeculae. After 2-3 weeks from the moment of the operation, the defect is filled with regenerate in the form of spongy bone tissue, and after 2 months a full-fledged cortical plate, a full-fledged periosteum are formed, and complete recanalization of the bone diaphysis regenerate occurs.
Наиболее полно выявить остеогенные регенеративные способности костного мозга диафиза позволяет соблюдение условий реализации костеобразовательных потенций костного мозга диафиза - искусственных условий для максимального проявления этих регенерационных способностей костного мозга, то есть способности продуцировать in vivo полноценную костную ткань в короткие сроки и даже с прогнозируемым избытком. Такими условиями являются: 1) обеспечение сохранности и адекватное кровоснабжение костного мозга в месте его естественной локализации;The most complete identification of the osteogenic regenerative abilities of the bone marrow of the diaphysis allows compliance with the conditions for the implementation of bone-forming potencies of the bone marrow of the diaphysis - artificial conditions for the maximum manifestation of these regenerative abilities of the bone marrow, that is, the ability to produce full-fledged bone tissue in vivo in a short time and even with a predictable excess. These conditions are: 1) ensuring the safety and adequate blood supply to the bone marrow in the place of its natural localization;
2) условия покоя в зоне регенерации;2) rest conditions in the regeneration zone;
3) устранение возможности внедрения параоссальных тканей в дефект и разрастания фиброзной ткани в костный мозг или регенерат за счет использования мембраны, оборачиваемой вокруг обнаженного костного мозга (между мембраной и костным мозгом остается свободное пространство, постепенно заполняемое регенерирующей костной тканью).3) elimination of the possibility of penetration of paraosseous tissues into the defect and growth of fibrous tissue into the bone marrow or regenerate due to the use of a membrane wrapped around the exposed bone marrow (a free space remains between the membrane and the bone marrow, gradually filled with regenerating bone tissue).
Недостатком данного способа восстановления кости является его невостребованность в клинической практике травматологов-ортопедов. Изолированные травматические дефекты кортикальной кости диафизов с полным сохранением целостности костного мозга и его сосудов возможны, но крайне редки, поэтому подобные способы эффективной костной регенерации вокруг обнаженного и целого костного мозга, как правило, не имеют практической реализации.The disadvantage of this method of bone restoration is its lack of demand in the clinical practice of orthopedic traumatologists. Isolated traumatic defects of the cortical bone of the diaphysis with complete preservation of the integrity of the bone marrow and its vessels are possible, but extremely rare, therefore, such methods of effective bone regeneration around the exposed and whole bone marrow, as a rule, have no practical implementation.
Кортикальная кость составляет около 80% массы скелета взрослого человека, обладает высокими прочностными механическими свойствами. В структуре травм опорно-двигательной системы человека переломы длинных трубчатых костей конечностей занимают ведущее место, достигая доли выше 82% по отношению ко всем переломам, причем значительную часть переломов занимают именно повреждения диафизов. По общедоступным литературным данным, несмотря на достижения современной травматологии и ортопедии, процент неудовлетворительных результатов лечения высокоэнергетических повреждений костей с костными дефектами, приводящих к таким осложнениям, как замедленная консолидация и несращение переломов, формирование ложных суставов, не имеет тенденции к уменьшению. Случаи стойкой потери трудоспособности у больных и инвалидность при травмах определяют актуальность проблемы поиска более эффективных способов лечения переломов.The cortical bone makes up about 80% of the mass of the adult skeleton and has high strength mechanical properties. In the structure of injuries of the human musculoskeletal system, fractures of the long tubular bones of the extremities occupy a leading place, reaching a share of more than 82% in relation to all fractures, and a significant part of the fractures is occupied by damage to the diaphysis. According to publicly available literature data, despite the achievements of modern traumatology and orthopedics, the percentage of unsatisfactory results in the treatment of high-energy bone injuries with bone defects, leading to complications such as delayed consolidation and nonunion of fractures, the formation of false joints, does not tend to decrease. Cases of persistent disability in patients and disability due to injuries determine the urgency of the problem of finding more effective ways to treat fractures.
Задачей изобретения является создание трансплантата, способа аутотрансплантации костного мозга для стимуляции репаративной регенерации кости и устройство для осуществления трансплантации.The objective of the invention is to create a transplant, a method of bone marrow autotransplantation to stimulate reparative bone regeneration and a device for transplantation.
Техническим результатом является разработка трансплантата, разработка способа аутотрансплантации костного мозга (этого забранного и модифицированного трансплантата костного мозга) для стимуляции репаративной костной регенерации на месте сегментарного дефекта кости с длиной, превышающей критический размер, и устройства для обеспечения успешной ортотопической трансплантации, приживления и реализации остеогенной регенерационной способности неразрушенного отрезка костного мозга диафиза кости (разработанного предложенным способом трансплантата костного мозга) с помощью которого указанный способ осуществляется.The technical result is the development of a transplant, the development of a method for bone marrow autotransplantation (of this taken and modified bone marrow transplant) to stimulate reparative bone regeneration at the site of a segmental bone defect with a length exceeding a critical size, and a device for ensuring successful orthotopic transplantation, engraftment and implementation of osteogenic regeneration the ability of an undestroyed segment of the bone marrow of the diaphysis of the bone (developed by the proposed method of bone marrow transplant) with which the specified method is carried out.
Технический результат достигается тем, что предложен трансплантата, способа аутотрансплантации костного мозга для стимуляции репаративной регенерации кости и устройство для осуществления трансплантации.The technical result is achieved by the proposed transplant, a method of bone marrow autotransplantation to stimulate reparative bone regeneration and a device for transplantation.
1. Трансплантат для стимуляции репаративной костной регенерации на месте дефекта кости представляющий собой цельный отрезок костного мозга, извлеченного из костномозгового пространства диафиза длинной трубчатой кости с контрлатеральной интактной конечности и с введенной в ткань трансплантата смесью растворов гемоконсервантов и клеточной культурной питательной среды.1. A graft for stimulating reparative bone regeneration at the site of a bone defect, which is a whole piece of bone marrow extracted from the bone marrow space of the diaphysis of a long tubular bone from a contralateral intact limb and with a mixture of solutions of hemoconservatives and cell culture nutrient medium introduced into the graft tissue.
2. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что в ткань трансплантата вводится суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток2. The graft according to
3. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток вводится в ткань трансплантата представляет собой клетки костного мозга.3. The graft according to claim. 1, characterized in that the suspension of autologous cultured multipotent mesenchymal stromal cells is introduced into the graft tissue is bone marrow cells.
4. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток вводится в ткань трансплантата представляет собой клетки жировой ткани.4. The graft according to claim. 1, characterized in that the suspension of autologous cultured multipotent mesenchymal stromal cells is introduced into the graft tissue is adipose tissue cells.
5. Способ аутотрансплантации трансплантата по п. 1. для стимуляции репаративной регенерации на месте дефекта кости, характеризующийся тем, что с контрлатеральной стороны проводят хирургический доступ к большеберцовой кости неповрежденной конечности, удаляют кортикальную кость с половины периметра кости, с помощью костного долота отделяют крышку из костной ткани, вскрывают костномозговой канал диафиза, выделяют фрагмент костного мозга, для этого режущими краями бритвенных лезвий перпендикулярно продольной оси кости осуществляют разрез костного мозга в 2-х местах на расстоянии 26-28 мм друг от друга, затем с помощью сломанных под острым углом полотен лезвия, зажатых в иглодержателе, проводят перпендикулярное отсечение отрезка костного мозга, с помощью ложки трансплантат извлекают из раны и рану заполняют стерильной средой F12, затем трансплантат погружают в стерильный лабораторный лоток, заполненный смесью двух растворов, в соотношении объемов глюгицир - 1 часть и 3 части культуральной питательной среды F12, одновременно в лоток погружают устройство по п. 7 формулы, с помощью пинцета отрезок костного мозга затягивают в просвет трубы устройства, с помощью шприца проводят введение альгинатного геля в просвет устройства между костным мозгом и трубой путем прокола иглой шприца с гелем стенки трубы и заполнения пространства между внутренней поверхностью трубы и костномозговым трансплантатом, затем извлекают устройство с костным мозгом из лотка, края трансплантата костного мозга отмывают этим же раствором от кровяных сгустков, скальпелем проводят удаление надкостницы с концов костных опилов длиной в 1,5-2 см, с помощью иглы шприца проводят инфильтрацию трансплантата смесью двух растворов в соотношении объемов глюгицир - 1 часть и 4 части культуральной питательной среды F12, со стороны костных опилов вводят питательную среду F12, после гемостаза поверхность реципиентной зоны отмывают средой F12 от кровяных сгустков, проводят крепление устройства между костными опилами отломков костей с сопоставлением костного мозга трансплантата с обнаженными поверхностями костного мозга в открытых костномозговых каналах диафиза отломков костей, края трубы устройства натягивают на опилы кости и фиксируют с помощью металлических пластин крепежного элемента и кортикальных винтов, которые вворачивают в кость, рану заполняют стерильной средой F12 с пенициллин-стрептомицином, 100-х в растворе, проводят послойное ушивание раны, накладывают аппарат Илизарова.5. The method of graft autotransplantation according to
6. Устройство для осуществления трансплантации трансплантата по п. 1, представляющего собой отрезок костного мозга, извлеченного из костномозгового пространства диафиза длинной трубчатой кости с контралатеральной интактной конечности, включающее биоинертную политетрафторэтиленовую мембрану в форме трубы, циркулярное утолщение биоинертной мембраны по внутреннему радиусу на краях трубы, альгинатный гель на внутренней поверхности трубы, металлические пластины, кортикальные винты для крепления металлических пластин и трубы к концам отломков кости.6. A device for transplanting a transplant according to
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что труба имеет рентген контрастные метки, расположенные вдоль длины трубы.7. The device according to
Использование подготовленного аутологичного трансплантата - неразрушенного отрезка костного мозга, извлеченного из костномозговой полости большеберцовой кости интактной контралатеральной конечности и неразрушенного при заборе, перед пересадкой инфильтрированного гемоконсервантом и мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками, способа аутотрансплантации этого трансплантата внутри устройства, максимально раскрывающего остеогенные способности трансплантата костного мозга, заживляющего костный дефект, и само устройство, с помощью которого осуществляется способ, позволит сформировать полноценный костный регенерат, восстановить структуру и функцию разрушенной кости при дефекте кортикальной кости диафиза - при костном дефекте диафиза кости, превышающего критический размер, в короткие сроки и без использования костнопластических материалов.The use of a prepared autologous transplant - an undestroyed segment of the bone marrow extracted from the bone marrow cavity of the tibia of an intact contralateral limb and not destroyed during sampling, before transplantation, infiltrated with a hemoconservative and multipotent mesenchymal stromal cells, a method of autotransplantation of this transplant inside a device that maximizes the osteogenic abilities of a bone marrow transplant, healing the bone defect, and the device itself, with which the method is carried out, will allow to form a full-fledged bone regenerate, restore the structure and function of the destroyed bone in case of a defect in the cortical bone of the diaphysis - in case of a bone defect in the diaphysis of the bone exceeding the critical size, in a short time and without the use of osteoplastic materials.
Технический результат и техническая задача обеспечиваются за счет того, что производится бережный забор отрезка костного мозга из контралатеральной интактной конечности, а именно из костной полости диафиза большеберцовой кости. Костный мозг в костной полости диафиза представляет собой мягкую, нежную, богатую клетками и снабженную кровеносными сосудами массу, форму которой поддерживает ретикулярная ткань в виде нежной, мелкопетлистой сети, являющейся истинной стромой костного мозга, и состоит из мелких, веретенообразных или угловатых клеток с отростками, имеет собственный матрикс в виде связанных между собой и идущих в различных направлениях ретикулярных волокон. Форма костного мозга также поддерживается множеством сосудов, с нежной соединительнотканной адвентициальной оболочкой, в составе которой присутствуют эластические волокна. Работа с таким органом требует определенных навыков для сохранения целостности и формы отрезка костного мозга. Ткань красного костного мозга имеет густую сеть кровеносных сосудов со специфическими капиллярами - синусоидами, заполненными кровью. Считается, что наличие синусоидов и малое количество венозных анастомозов способствуют локальному замедлению тока крови. Для предотвращения свертывания крови в трансплантате и сохранения жизнеспособности клеток костного мозга с помощью иглы шприца в ткань трансплантата вводится гемоконсервант, например, глюгицир в составе смеси двух растворов, в соотношении объемов глюгицир - 1 часть и 4 части культуральной питательной среды F12.The technical result and the technical task are ensured due to the fact that a piece of bone marrow is carefully taken from the contralateral intact limb, namely from the bone cavity of the tibial diaphysis. The bone marrow in the bone cavity of the diaphysis is a soft, tender, cell-rich and vascular mass, the shape of which is maintained by the reticular tissue in the form of a delicate, finely looped network, which is the true stroma of the bone marrow, and consists of small, fusiform or angular cells with processes, has its own matrix in the form of reticular fibers connected to each other and going in different directions. The form of the bone marrow is also supported by many vessels, with a delicate connective tissue adventitia, which contains elastic fibers. Working with such an organ requires certain skills to preserve the integrity and shape of the bone marrow segment. The tissue of the red bone marrow has a dense network of blood vessels with specific capillaries - sinusoids filled with blood. It is believed that the presence of sinusoids and a small number of venous anastomoses contribute to a local slowing of blood flow. To prevent blood clotting in the graft and preserve the viability of bone marrow cells, a hemo-preservative is introduced into the graft tissue using a syringe needle, for example, glugicir in a mixture of two solutions, in the ratio of the volumes of glugicir - 1 part and 4 parts of the culture nutrient medium F12.
В частных вариантах воплощения изобретения в смесь глюгицир - среда F12 добавляются живые культивируемые мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК), обеспечивающих благоприятную среду регенерации внутри трансплантата за счет трофического, иммуномодулирующего, антиапоптотического, ангиогенного и антимикробного эффектов. Клетки в жидкости приобретают округлую форму и образуют суспензию.In particular embodiments of the invention, live cultured multipotent mesenchymal stromal cells (MMSC) are added to the mixture of glugicir - F12 medium, which provide a favorable regeneration environment inside the graft due to trophic, immunomodulatory, anti-apoptotic, angiogenic and antimicrobial effects. Cells in the liquid acquire a rounded shape and form a suspension.
В частных вариантах воплощения изобретения используются культуры аллогенных мезенхимальных стромальных клеток.In particular embodiments of the invention, cultures of allogeneic mesenchymal stromal cells are used.
В частных вариантах воплощения изобретения в смесь глюгицир - среда F12 добавляются клетки в количестве 3000 клеток на 1 мл смеси растворов, введение клеток и гемоконсерванта осуществляется со стороны среза костномозгового отрезка.In particular embodiments of the invention, 3000 cells per 1 ml of the mixture of solutions are added to the mixture of Glugicir - F12 medium, the introduction of cells and hemoconservative is carried out from the side of the cut of the bone marrow segment.
В частных вариантах воплощения изобретения ММСК являются мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки костного мозга или жировой ткани.In particular embodiments of the invention, MMSCs are multipotent mesenchymal stromal cells of the bone marrow or adipose tissue.
Технический результат и техническая задача обеспечиваются за счет того, предлагаемое устройство для трансплантации костного мозга используется труба с утолщениями стенок на концах этой трубы со стороны внутренней цилиндрической поверхности, обращенными внутрь просвета трубы. Труба с утолщениями выполнена из биоинертной политетрафторэтиленовой мембраны Gore-Tex.The technical result and the technical problem are ensured due to the fact that the proposed device for bone marrow transplantation uses a pipe with wall thickenings at the ends of this pipe from the side of the inner cylindrical surface, facing inside the lumen of the pipe. The tube with thickenings is made of bioinert Gore-Tex polytetrafluoroethylene membrane.
Часть внутреннего пространства трубы между утолщениями заполняются альгинатным гелем, который обеспечивает проникновение в просвет трубы сегмента костного мозга, его бережное удержание. Альгинатный гель в настоящем исследовании, в частности, может быть получен путем смешивания 2% (вес/объем) альгината натрия (FMC BioPolymer) в 30 мМ Hepes, содержащем 150 мМ NaCl и 10 мМ KCl, с равным объемом раствора, содержащего 75 мМ CaCl2 в 10 мМ Hepes, содержащего 150 мМ NaCl и 10 мМ KCl с использованием стерильного Y-образного смесителя. Гель отверждается в течение 1 мин и имеет модуль Юнга 0,17 МПа. В состав геля добавлены факторы роста (TGF-β1 и FGF-2, R&D Systems) в концентрации 10 нг/мл (Stevens, М.М. In vivo engineering of organs: The bone bioreactor / M.M Stevens, R.P. Marini, D. Schaefer et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2005. - Vol. 102, no. 32. - P. 11450-11455. - DOI: 10.1073/pnas.0504705102). Состав и физико-химические свойства геля способствуют и стимулируют костеобразование внутри устройства.Part of the internal space of the tube between the thickenings is filled with alginate gel, which ensures the penetration of the bone marrow segment into the lumen of the tube, its gentle retention. The alginate gel in the present study can in particular be prepared by mixing 2% (w/v) sodium alginate (FMC BioPolymer) in 30 mM Hepes containing 150 mM NaCl and 10 mM KCl with an equal volume of a solution containing 75 mM CaCl 2 in 10 mM Hepes containing 150 mM NaCl and 10 mM KCl using a sterile Y-mixer. The gel cures within 1 min and has a Young's modulus of 0.17 MPa. The gel contains growth factors (TGF-β1 and FGF-2, R&D Systems) at a concentration of 10 ng/ml (Stevens, М.М. In vivo engineering of organs: The bone bioreactor / MM Stevens, RP Marini, D. Schaefer et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2005, Vol.102, No.32, P.11450-11455, DOI: 10.1073/pnas.0504705102). The composition and physico-chemical properties of the gel promote and stimulate bone formation inside the device.
Крепежные элементы, выполнен в виде закругленных металлических пластин, предназначенных для обхвата и фиксации трубы в статичном положении за счет применения кортикальных винтов, прободающих пластины, стенки трубы, кортикальную кость и фиксирующие устройство к кости, прижимая контактирующую часть утолщений трубы к внешней поверхности опилов кости по всей длине внешней окружности. Под пластиной крепежного элемента и фиксируемой стенкой трубы для герметизации крепления может использоваться зажимное кольцо из биоинертного натурального латекса. Труба крепиться к отломкам костей в натянутом вдоль длины кости состоянии.The fastening elements are made in the form of rounded metal plates designed to wrap around and fix the tube in a static position by using cortical screws that pierce the plates, the tube walls, the cortical bone and fix the device to the bone, pressing the contacting part of the tube thickenings to the outer surface of the bone sawdust along the entire length of the outer circumference. Under the fastener plate and the pipe wall to be fixed, a clamping ring made of bioinert natural latex can be used to seal the fastener. The tube is attached to bone fragments in a state stretched along the length of the bone.
Технический результат и техническая задача обеспечиваются за счет того, что предлагаемый способ аутотрансплантации отрезка костного мозга с контралатеральной конечности для стимуляции репаративной регенерации кости при травматических ее дефектах, превышающих критический размер, включает следующие этапы:The technical result and the technical task are ensured due to the fact that the proposed method of autotransplantation of a bone marrow segment from a contralateral limb to stimulate reparative bone regeneration in case of traumatic bone defects exceeding a critical size includes the following steps:
- описанный выше трансплантат погружают в стерильный лабораторный лоток, заполненный смесью двух растворов, в соотношении объемов глюгицир - 1 часть и 3 части культуральной питательной среды F12,- the graft described above is immersed in a sterile laboratory tray filled with a mixture of two solutions, in the ratio of the volumes of glugicir - 1 part and 3 parts of the culture nutrient medium F12,
- одновременно в лоток полностью погружается устройство для трансплантации костного мозга,- at the same time, the device for bone marrow transplantation is completely immersed in the tray,
- быстро с помощью тонкого пинцета отрезок костного мозга затягивается в просвет трубы устройства для трансплантации, причем внешний диаметр отрезка костного мозга несколько меньше внутреннего диаметра внутреннего утолщения трубы устройства,- quickly, with the help of thin tweezers, a piece of bone marrow is pulled into the lumen of the tube of the device for transplantation, and the outer diameter of the piece of bone marrow is somewhat smaller than the inner diameter of the inner thickening of the tube of the device,
- с помощью шприца проводиться пополнение геля в просвете устройства, между костным мозгом и трубой, путем прокола иглой шприца с гелем стенки трубы снаружи,- with the help of a syringe, the gel is replenished in the lumen of the device, between the bone marrow and the tube, by piercing the tube wall with the needle of the syringe with the gel from the outside,
- устройство с костным мозгом сразу извлекается из лотка,- the device with bone marrow is immediately removed from the tray,
- края обрезка костного мозга - трансплантата костного мозга отмываются этим же раствором от кровяных сгустков,- the edges of the bone marrow trimming - bone marrow transplant are washed with the same solution from blood clots,
- скальпелем проводится удаление надкостницы с концов костных опилов длиной в 1,5-2 см,- with a scalpel, the periosteum is removed from the ends of bone sawdust 1.5-2 cm long,
- с помощью иглы шприца можно провести дополнительную инфильтрацию указанным раствором для увеличения объема трансплантата и принятия правильного положения обрезка костного мозга внутри устройства,- using a syringe needle, additional infiltration with the indicated solution can be carried out to increase the volume of the graft and take the correct position of the bone marrow cutting inside the device,
- инъецируется средой F12 костный мозг фрагментов кости со стороны костных опилов для увеличения объема и выпирания из костномозгового канала,- the bone marrow of bone fragments is injected with the F12 medium from the side of the bone sawdust to increase the volume and bulge out of the medullary canal,
- реципиентная поверхность после гемостаза тщательно отмывается теплой средой F12 от кровяных сгустков,- the recipient surface after hemostasis is thoroughly washed with warm F12 medium from blood clots,
- проводится крепление устройства между костными опилами, являющимися отграничивающими краями критического костного дефекта, края обрезка костного мозга должны плотно прикладывают к краям пересеченного костного мозга в открытых костномозговых каналах,- the device is fastened between the bone filings, which are the delimiting edges of a critical bone defect, the edges of the bone marrow trimming should be tightly applied to the edges of the cut bone marrow in the open medullary canals,
- края трубы натягиваются на опилы кости и с помощью пластин крепежного элемента и кортикальных винтов, которые вворачиваются в кость, прочно удерживаются в зафиксированном состоянии;- the edges of the tube are pulled over the sawdust of the bone and with the help of plates of the fastener and cortical screws that are screwed into the bone, they are firmly held in a fixed state;
- рана заполняется стерильной средой F12 с пенициллин-стрептомицином, 100-х в растворе,- the wound is filled with a sterile F12 medium with penicillin-streptomycin, 100's in solution,
- проводится послойное ушивание раны.- layer-by-layer suturing of the wound is carried out.
В частных вариантах воплощения изобретения до трансплантации осуществляют стабилизацию частей травмированной кости с помощью установки аппарата внешней фиксации.In particular embodiments of the invention, before transplantation, parts of the injured bone are stabilized by installing an external fixation device.
В частных вариантах воплощения изобретения мембрана в форме трубы натягивается между костными опилами, сила натяжения трубы направлена вдоль самой трубы.In particular embodiments of the invention, the membrane in the form of a tube is stretched between the bone filings, the tension force of the tube is directed along the tube itself.
При этом трансплантат представляет собой неразрушенный отрезок аутологичного костного мозга, извлеченного из костномозговой полости большеберцовой кости интактной контралатеральной конечности, продольный размер которого соответствует размеру костного дефекта, перед пересадкой отрезок костного мозга инфильтрируется гемоконсервантом, питательной культуральной средой и мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками.In this case, the graft is an undestroyed segment of autologous bone marrow extracted from the medullary cavity of the tibia of the intact contralateral limb, the longitudinal size of which corresponds to the size of the bone defect, before transplantation, the segment of the bone marrow is infiltrated with hemoconservative, nutrient culture medium and multipotent mesenchymal stromal cells.
Способ по изобретению основан на том, что забранный с контралатеральной конечности (из костномозговой полости интактной кости) отрезок костного мозга внутри устройства помещается в пространство костного дефекта, объединяя оставшийся во фрагментах кости костный мозг и костные отломки через трансплантат в единое целое, обрезок костного мозга может сохранять форму и целостность в специальном устройстве в форме трубы, внутренняя стенка которой покрыта альгинатным гелем, труба изготовлена из биоинертного, апирогенного, стерильного материала, позволяет расправить отрезок внутри своего просвета, защищает костный мозг от врастания окружающих кость мягких тканей и поддерживающий форму и положение отрезка костного мозга в пространстве костного дефекта, концы отрезка расправленного трансплантата костного мозга плотно соприкасаются с краями костного мозга в просветах открытых костномозговых каналов опилов фрагментов травмированной кости с обоих сторон от трансплантата, благодаря чему происходит восстановление целостности костного мозга диафиза кости, облегчается реваскуляризация трансплантата, восстанавливаются трофическая и функциональные системы кровоснабжения костного мозга, нормализуется кровообращение костного мозга сросшегося с прижившим трансплантатом, трансплантат реализует остеогенные способности костного мозга, выступает в роли источника регенерации, ее организационного центра, вокруг которого регенерирует кость, развившийся костный регенерат объединяет опилы костей (фрагменты костей) в единый орган, набирает механическую прочность. После регенерационного и адаптационного ремоделирований костного регенерата структура и функция кости восстанавливаются полностью.The method according to the invention is based on the fact that a segment of the bone marrow taken from the contralateral limb (from the bone marrow cavity of the intact bone) is placed inside the device into the space of the bone defect, combining the bone marrow remaining in the bone fragments and bone fragments through the graft into a single whole, the bone marrow cutting can maintain its shape and integrity in a special device in the form of a tube, the inner wall of which is coated with alginate gel, the tube is made of a bioinert, pyrogen-free, sterile material, allows you to straighten the segment inside its lumen, protects the bone marrow from ingrowth of soft tissues surrounding the bone and maintains the shape and position of the segment bone marrow in the space of the bone defect, the ends of the segment of the straightened bone marrow graft are in close contact with the edges of the bone marrow in the lumen of the open bone marrow canals sawdust fragments of the injured bone on both sides of the graft, due to which the restoration of the integrity of the bone marrow of the diaphysis of the bone, graft revascularization is facilitated, the trophic and functional systems of the bone marrow blood supply are restored, the blood circulation of the bone marrow fused with the engrafted graft is normalized, the graft implements the osteogenic abilities of the bone marrow, acts as a source of regeneration, its organizational center, around which the bone regenerates , the developed bone regenerate unites bone sawdust (bone fragments) into a single organ, gaining mechanical strength. After regenerative and adaptive remodeling of the bone regenerate, the structure and function of the bone are completely restored.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Прилагаемый чертеж, который включен 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.The accompanying drawing, which is incorporated within and forms part of this specification, illustrates embodiments of the invention and, together with the above general description of the invention and the following detailed description of embodiments, serve to explain the principles of the present invention.
На фиг. 1 показана принципиальная схема способа стимуляции репаративной регенерации кости при костных дефектах, превышающих критический размер с помощью ортотопической трансплантации отрезка аутологичного костного мозга со специальным устройством, обеспечивающим эффективность свободной пересадки цельного отрезка костного мозга.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a method for stimulating reparative bone regeneration in bone defects exceeding a critical size using orthotopic transplantation of an autologous bone marrow segment with a special device that ensures the effectiveness of free transplantation of a whole bone marrow segment.
На фиг. 1 цифрами обозначены следующие позиции:In FIG. 1, the numbers indicate the following positions:
1 - биоинертная мембрана в форме трубы;1 - bioinert membrane in the form of a pipe;
2 - циркулярное утолщение биоинертной мембраны;2 - circular thickening of the bioinert membrane;
3 - кортикальные винты;3 - cortical screws;
4 - костный мозг;4 - bone marrow;
4т - трансплантат костного мозга;4m - bone marrow transplant;
5 - спица Киршнера;5 - Kirchner's spoke;
6 - альгинатный гель;6 - alginate gel;
7 - края костных опилов, кость;7 - edges of bone sawdust, bone;
8 - металлические пластины крепежного элемента.8 - metal plates of the fastener.
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.For a better understanding of the present invention, below are some of the terms used in the present description of the invention. Unless otherwise defined, the technical and scientific terms in this application have the standard meanings generally accepted in the scientific and technical literature.
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».As used herein and in the claims, the terms "comprises", "comprising" and "comprises", "having", "provided", "comprising" and their other grammatical forms are not intended to be construed in an exclusive sense, but, on the contrary, are used in a non-exclusive sense (i.e., in the sense of "having in its composition"). As an exhaustive list, only expressions like "consisting of" should be considered.
Отрезок означает небольшой отрезанный кусок чего-либо, часть чего-либо, ограниченная часть какого-либо целого.A segment means a small cut off piece of something, a part of something, a limited part of a whole.
В материалах настоящей заявки под термином «костный орган» понимают физиологически реконструированную кость, прошедшую этап эндохондральной оссификации, зрелую ее сосудистую сеть и полностью функциональный гемопоэтический компартмент в ней, такая гетеротопически расположенная кость часто образуется на месте аутотрансплантата костного мозга.In the materials of the present application, the term "bone organ" means a physiologically reconstructed bone that has passed the stage of endochondral ossification, its mature vasculature and a fully functional hematopoietic compartment in it, such a heterotopically located bone is often formed at the site of a bone marrow autograft.
В материалах настоящей заявки под термином «контралатеральный» понимают расположенный на противоположной стороне тела, относится к фразеологизмам и устойчивым сочетаниям (контралатеральная конечность).In the materials of this application, the term "contralateral" means located on the opposite side of the body, refers to phraseological units and stable combinations (contralateral limb).
Раствор "ГЛЮГИЦИР" (Solutio "Glugicirum») - гемоконсервант, содержит в 1 л воды для инъекций натрия гидроцитрата (двузамещенного) 20 г и глюкозы 30 г (в пересчете на безводную). Бесцветная или слегка желтоватая прозрачная жидкость. Применяется для консервирования крови. Раствор Глюгицир обеспечивает антикоагулянтный эффект путем связывания катионов кальция анионами цитрата, содержащаяся в препарате глюкоза служит питанием для клеток крови. Гемоконсервант смешивается с кровью в соотношении 1 объем к 4 объемам крови.Solution "GLUGICIR" (Solutio "Glugicirum") - a hemopreservative, contains 20 g of sodium hydrocitrate (disubstituted) and 30 g of glucose (in terms of anhydrous) in 1 liter of water for injections. Colorless or slightly yellowish transparent liquid. It is used to preserve blood. Glyugitsir solution provides an anticoagulant effect by binding calcium cations to citrate anions, the glucose contained in the preparation serves as food for blood cells.Hemopreservative is mixed with blood in a ratio of 1 volume to 4 volumes of blood.
В материалах настоящей заявки под термином «гемоконсервант» понимают вспомогательное вещество, обеспечивающее сохранение морфофункциональной полноценности крови в течение 50 дней за счет поддержания физиологического уровня АТФ в эритроцитах, реологических свойств крови и величины рН на физиологическом уровне.In the materials of this application, the term "hemopreservative" means an auxiliary substance that ensures the preservation of the morphological and functional usefulness of the blood for 50 days by maintaining the physiological level of ATP in erythrocytes, the rheological properties of blood and the pH value at the physiological level.
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, среда F12 может быть использована для бессывороточного культивирования некоторых клеточных культур.As used in this application, the term "nutrient medium" is a mixture of inorganic salts and other nutrient compounds intended to ensure the survival, maintenance of growth and / or proliferation of cells outside the body in vitro, F12 medium can be used for serum-free cultivation of certain cell cultures.
В материалах настоящей заявки под термином «трансплантат» понимают бережно извлеченный отрезок костного мозга из костномозговой полости диафиза длинной трубчатой кости.In the materials of the present application, the term "graft" means a carefully extracted piece of bone marrow from the medullary cavity of the diaphysis of a long tubular bone.
Используемый в данной заявке термин «гетеротопическая трансплантация» - вид свободных пересадок органов и тканей, при которой орган или ткань помещают на несвойственное им место.The term "heterotopic transplantation" used in this application is a type of free organ and tissue transplantation, in which an organ or tissue is placed in an unusual place for them.
«Спица Киршнера» - стерильный, заостренный, гладкий, из нержавеющей стали - тонкий металлический стержень, проводимый через кость, широко используются в ортопедии и других видах медицинской и ветеринарной хирургии, бывают разных размеров и используются для скрепления костных фрагментов или для фиксации скелетного вытяжения, часто ввинчиваются в кость через кожу (чрескожная фиксация штифтом) с помощью электрической или ручной дрели, также входят в состав аппарата Илизарова."Kirschner wire" - sterile, pointed, smooth, stainless steel - a thin metal rod passed through the bone, widely used in orthopedics and other types of medical and veterinary surgery, come in different sizes and are used to fasten bone fragments or to fix skeletal traction, often screwed into the bone through the skin (percutaneous pin fixation) using an electric or hand drill, are also part of the Ilizarov apparatus.
Используемый в данной заявке термин «дефект кости критического размера» определяется как «наименьший костный дефект в конкретной кости и видах животных, который не заживает самопроизвольно в течение жизни животного». Эти крупные дефекты кости представляют собой серьезную ортопедическую проблему и представляют собой серьезную клиническую и социально-экономическую проблему, поскольку они оказывают негативное влияние на качество жизни пациентов из-за последовательных повторных операций и длительных госпитализаций.As used in this application, the term "critical bone defect" is defined as "the smallest bone defect in a particular bone and animal species that does not heal spontaneously during the life of the animal." These large bone defects represent a major orthopedic problem and represent a major clinical and socioeconomic problem as they have a negative impact on the quality of life of patients due to successive reoperations and lengthy hospital stays.
Используемый в данной заявке термин «реплантация» определяется как хирургическое приживление отделенного от организма органа или его части, противоположна ампутации.Used in this application, the term "replantation" is defined as the surgical engraftment of an organ or part of it separated from the body, as opposed to amputation.
Термин «соединенный» означает функционально соединенный, при этом может быть использовано любое количество или комбинация промежуточных элементов между соединяемыми компонентами (включая отсутствие промежуточных элементов).The term "connected" means functionally connected, and any number or combination of intermediate elements between connected components (including the absence of intermediate elements) can be used.
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.In addition, the terms "first", "second", "third", etc. are used simply as conditional markers, without imposing any numerical or other restrictions on enumerable objects.
В целом настоящее изобретение относится к трансплантату костного мозга в виде отрезка костного мозга, извлеченного целым из костномозговой полости длинной трубчатой кости контралатеральной интактной конечности, в трансплантат вводится смесь гемоконсерванта и культуральной питательной среды, и суспензия культивированных мультипотентных мезенхимальных клеток для предотвращения гибели собственных клеток в трансплантате, что в совокупности с защитой трансплантата с помощью специального устройства, способствуют выживанию трансплантата и восстановлению сосудов, обеспечивающих полноценное кровоснабжение всего костного мозга, а также способу аутотрансплантации костного мозга для стимуляции репаративной регенерации кости, последовательно осуществляется свободная пересадка обрезка костного мозга в ортотопическое положение в свободное пространство костного дефекта и устройство для осуществления трансплантации - представляющее собой защитную оболочку в виде трубы из биоинертного материала, со стимулирующим остеогенез гелем на внутренней поверхности трубы и элемента крепления в виде металлических пластин и ортопедических кортикальных винтов, устройство позволяет обеспечить смыкание всех частей костного мозга фрагментов травмированной кости с трансплантатом для эффективной регенерации сосудов и восстановления кровоснабжения всего объединенного костного мозга. Эффективное приживление трансплантата за счет устройства и способа трансплантации позволяет реализовать отрытые ранее костеобразовательные потенции костного мозга диафиза, выражающиеся в продуцировании полноценной костной ткани в короткие сроки, в новых условиях при сегментарных костных дефектах диафиза с удалением костного мозга по уровню дефекта кости критического размера, что имеет большое значение для клинической практики, позволяет обойтись без костных трансплантатов или использования костнопластических материалов. Регенерация кости вокруг костного мозга диафизов костей эффективнее регенерации по каркасу или костному трансплантату, занимает меньше времени и за счет более эффективного регенеративного и адаптационного ремоделирований кость быстрее восстанавливает структуру и функции. Через 7-9 суток вокруг трансплантата формируется скелетогенная ткань - регенерат с сетью костно-оссеоидных балочек. Через 2-4 недели костный регенерат представлен губчатой костной тканью. Такая технология, несомненно, может быть отнесена к эффективным регенеративным технологиям в сочетании с трансплантацией структур, обладающих выраженным регенераторным потенциалом.In general, the present invention relates to a bone marrow transplant in the form of a piece of bone marrow extracted whole from the bone marrow cavity of a long tubular bone of a contralateral intact limb, a mixture of a hemoconservative and a culture nutrient medium is introduced into the graft, and a suspension of cultured multipotent mesenchymal cells to prevent the death of own cells in the graft which, together with the protection of the graft with the help of a special device, contribute to the survival of the graft and the restoration of blood vessels that provide a full blood supply to the entire bone marrow, as well as the method of bone marrow autotransplantation to stimulate reparative bone regeneration, sequentially free transplantation of the bone marrow is performed in the orthotopic position in the free space of a bone defect and a device for transplantation - which is a protective shell in the form of a pipe made of bioinert material, with stimulation gel on the inner surface of the tube and the attachment element in the form of metal plates and orthopedic cortical screws, the device allows for the closure of all parts of the bone marrow of the injured bone fragments with the graft for effective regeneration of blood vessels and restoration of blood supply to the entire united bone marrow. Effective graft engraftment due to the device and method of transplantation makes it possible to realize the previously discovered bone-forming potential of the bone marrow of the diaphysis, which is expressed in the production of full-fledged bone tissue in a short time, under new conditions with segmental bone defects of the diaphysis with the removal of the bone marrow at the level of a bone defect of a critical size, which has of great importance for clinical practice, eliminates the need for bone grafts or the use of osteoplastic materials. Regeneration of the bone around the bone marrow of the bone diaphysis is more effective than regeneration along the scaffold or bone graft, takes less time, and due to more efficient regenerative and adaptive remodeling, the bone quickly restores its structure and functions. After 7-9 days, a skeletal tissue is formed around the transplant - a regenerate with a network of bone-osseoid beams. After 2-4 weeks, the bone regenerate is represented by spongy bone tissue. Such a technology can undoubtedly be classified as an effective regenerative technology in combination with transplantation of structures with a pronounced regenerative potential.
Без трансплантации костного мозга описанным способом известно, что костного сращения не происходит, на опилах фрагментов кости формируются куполообразные разрастания, перестраивающиеся в замыкательные пластинки. Костномозговые каналы по краям дефекта оказываются закрыты.Without bone marrow transplantation by the described method, it is known that bone fusion does not occur, dome-shaped growths are formed on sawdust of bone fragments, which are rebuilt into endplates. Bone marrow channels along the edges of the defect are closed.
Реализация предложенного изобретения иллюстрируется следующими клиническими примерами.The implementation of the proposed invention is illustrated by the following clinical examples.
Пример 1. Использовали известную и подробно описанную экспериментальную модель, а именно контрольную группу животных к ней - беспородных собак с экспериментальными сегментарными дефектами диафиза и удалением части костного мозга ограниченного верхним и нижним уровнями этого дефекта кортикальной кости большеберцовой кости (Илизаров, Г.А. Кортикальный дефект трубчатой кости как модель для изучения остеогенных свойств костного мозга диафиза / Г.А. Илизаров, А.А. Шрейнер, И.А. Имерлишвили // Гений ортопедии. - 1995. - №1. - С. 18-20). В ходе оперативного вмешательства создавался костный дефект большеберцовой кости протяженностью 25 мм, собаки были предварительно отобраны с применением цифровой рентгенографии задних конечностей, получением проекционных изображений их анатомических структур (костей задних лап) в цифровом виде, с определенными размерами поперечника большеберцовой кости в интервале 10-15 мм. У всех собак за 25 суток до экспериментальных операций на костях был забран костный мозг или жировая ткань и стандартными методами были в специализированной лаборатории были выращены адгезивные культуры мультипотентных стромальных мезенхимальных клеток для обратных трансплантаций в косномозговой трансплантат.Example 1. A well-known and detailed experimental model was used, namely the control group of animals for it - outbred dogs with experimental segmental defects of the diaphysis and removal of part of the bone marrow limited by the upper and lower levels of this defect of the cortical bone of the tibia (Ilizarov, G.A. Cortical Ilizarov G.A., Shreiner A.A., Imerlishvili I.A. Defect of the tubular bone as a model for studying the osteogenic properties of the bone marrow of the diaphysis // Orthopedic Genius, 1995, No. 1, pp. 18-20). During the surgical intervention, a bone defect of the tibia with a length of 25 mm was created, the dogs were preliminarily selected using digital radiography of the hind limbs, obtaining projection images of their anatomical structures (bones of the hind legs) in digital form, with certain dimensions of the diameter of the tibia in the range of 10-15 mm. Bone marrow or adipose tissue was taken from all dogs 25 days before the experimental operations on the bones, and adhesive cultures of multipotent stromal mesenchymal cells were grown in a specialized laboratory using standard methods for reverse transplantation into a bone marrow graft.
Известно, что при сегментарном костном дефекте большеберцовой кости протяженностью 20-25 мм, при условии размера поперечника кости в 10-15 мм, и без сохранения костного мозга в дефекте, даже в условиях стабильной фиксации частей травмированной кости самостоятельного восстановление целостности кости не происходит, это позволяет отнести костный дефект с указанными параметрами и известным исходом заживления к критическим костным дефектам (критический размер).It is known that with a segmental bone defect of the tibia with a length of 20-25 mm, provided that the diameter of the bone is 10-15 mm, and without preserving the bone marrow in the defect, even under conditions of stable fixation of parts of the injured bone, independent restoration of the integrity of the bone does not occur, this allows classifying a bone defect with the specified parameters and a known healing outcome as a critical bone defect (critical size).
Перед удалением сегмента кости предварительно в каждый фрагмент кости вводили две пары спиц, только после крепления устройства с трансплантатом фрагмента костного мозга накладывался аппарат Илизарова из 4-х опор.Before the removal of the bone segment, two pairs of wires were first introduced into each bone fragment, only after the device was attached with a transplant of the bone marrow fragment, the Ilizarov apparatus of 4 supports was applied.
Хирургический доступ к большеберцовым костям обеспечивался продольным разрезом мягких тканей лапы по медиальной поверхности средней трети голени до большеберцовой кости, с ее обнажением в дне операционной раны. Сначала создается экспериментальный костный дефект на одной конечности, а затем проводиться операция на контрлатеральной конечности для извлечения фрагмента костного мозга.Surgical access to the tibia was provided by a longitudinal incision of the soft tissues of the paw along the medial surface of the middle third of the leg to the tibia, with its exposure in the bottom of the surgical wound. First, an experimental bone defect is created on one limb, and then an operation is performed on the contralateral limb to extract a fragment of the bone marrow.
Пилой Джигли выпиливали костный сегмент и извлекали его. Для устранения боли при креплении устройства (надкостница хорошо иннервирована) удаляли частично надкостницу с концов опилов кости на протяжении 10 мм от краев опилов с помощью скальпеля.With a Gigli saw, a bone segment was sawn out and removed. To eliminate pain when attaching the device (the periosteum is well innervated), the periosteum was partially removed from the ends of the bone cuts over a distance of 10 mm from the edges of the cuts using a scalpel.
Аналогичным доступом на контралатеральной задней конечности осуществлялся хирургический доступ к большеберцовой кости. Аккуратно пилой Джигли по медиальной полуокружности диафиза надпиливали кортекс диафиза, который затем вдоль кости по передней и задней поверхностям пропиливали циркулярной пилкой с шайбами, ограничивающими глубину пропила, и аккуратно удаляли часть кортикальной кости с половины периметра кости, аккуратно отделяли своеобразную получившуюся «крышку» из костной ткани с помощью костного долота, вскрывали костномозговой канал диафиза. Выделялся фрагмент костного мозга. Для этого режущими краями бритвенных лезвий резким движением и строго перпендикулярно продольной оси кости проводился рез костного мозга в 2-х местах на расстоянии 26-28 мм друг от друга, затем с помощью сломанных под острым углом полотен лезвия, зажатых в иглодержателе, также строго перпендикулярно проводили полное отсечение отрезка костного мозга. Рану заполняли стерильной питательной средой F12, отмывали кровь, с помощью медицинского аспиратора. С помощью стерильной проволочной металлической петли обрезок костного мозга извлекался из вскрытой костномозговой полости, этот фрагмент костного мозга начинал плавать в растворах, заполняющих рану, и специальной ложкой переносился в лабораторный лоток, заполненный смесью стерильных и охлажденных до 4 градусов растворов гемоконсерванта и питательной среды.A similar approach on the contralateral hind limb was used for surgical access to the tibia. The cortex of the diaphysis was filed along the medial semicircle of the diaphysis with a Jigli saw, which was then sawn along the bone along the anterior and posterior surfaces with a circular saw with washers limiting the depth of the cut, and a part of the cortical bone was carefully removed from half of the bone perimeter, and the peculiar resulting “lid” was carefully separated from the bone tissue using a bone chisel, opened the medullary canal of the diaphysis. A piece of bone marrow was isolated. To do this, the cutting edges of the razor blades with a sharp movement and strictly perpendicular to the longitudinal axis of the bone were cut in the bone marrow in 2 places at a distance of 26-28 mm from each other, then with the help of blades broken at an acute angle, clamped in the needle holder, also strictly perpendicular Complete dissection of the bone marrow was performed. The wound was filled with a sterile F12 nutrient medium, the blood was washed out using a medical aspirator. Using a sterile wire metal loop, a bone marrow fragment was removed from the opened bone marrow cavity, this bone marrow fragment began to float in the solutions filling the wound, and was transferred with a special spoon to a laboratory tray filled with a mixture of sterile and cooled to 4 degrees hemopreservative solutions and nutrient medium.
Одновременно в этот лоток погружалось устройство для трансплантации костного мозга. Это устройство должно быть предварительно подготовлено. Труба устройства натягивается на стерильный и биоинертный металлический стержень, внешний радиус которого равен внутреннему радиусу отверстия трубы устройства. Между внутренней стенкой трубы устройства и наружной поверхность цилиндра заливается альгинатный гель. Эта конструкция для охлаждения до +4°С помещается в стерильном растворе в холодильник с соблюдением правил асептики и антисептики. Перед погружением в лоток с трансплантатом металлический стержень извлекался.At the same time, a device for bone marrow transplantation was immersed in this tray. This device must be prepared in advance. The device tube is pulled over a sterile and bioinert metal rod, the outer radius of which is equal to the inner radius of the device tube opening. Alginate gel is poured between the inner wall of the device pipe and the outer surface of the cylinder. This design for cooling to +4°C is placed in a sterile solution in a refrigerator in compliance with the rules of asepsis and antisepsis. Before immersion in the graft tray, the metal rod was removed.
С помощью пинцета обрезок костного мозга затягивался в просвет внутреннего пространства трубы, возможно использовать тонкую прозрачную пленку, свернутую в трубку, с помощью которого костный мозг втягивается внутрь трубы, а сама пленка осторожно удаляется.Using tweezers, a piece of bone marrow was pulled into the lumen of the internal space of the tube, it is possible to use a thin transparent film rolled into a tube, with which the bone marrow is drawn into the tube, and the film itself is carefully removed.
С помощью тонкой иглы шприца в отрезок костного мозга вводиться смесь растворов гемоконсерванта и среды F12 в количестве 0,5 мл для более плотного прилежания костного мозга к внутренней стенке трубы, с нанесенном на нее альгинатным гелем, предотвращения свертывания крови в обрезке костного мозга, а также предотвращения гибели клеток трансплантата. Введение медленное и равномерное для предотвращения разрывов и разрушения отрезка костного мозгаUsing a thin needle of a syringe, a mixture of hemoconservative solutions and F12 medium in an amount of 0.5 ml is injected into the bone marrow segment for a tighter adherence of the bone marrow to the inner wall of the tube, with alginate gel applied to it, to prevent blood clotting in the bone marrow pruning, as well as preventing cell death in the graft. The introduction is slow and even to prevent rupture and destruction of the bone marrow segment
Также на этом этапе в костный мозг с помощью шприца вводится суспензия аутологичных культивируемых мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга в количестве 10000 клеток на 0,2 мл смесь растворов гемоконсерванта и среды F12 для создания благоприятной для регенерации локальной среды внутри устройства. Сам отрезок костного мозга может быть чуть длиннее устройства, для облегчения контакта с краями костного мозга в просветах костномозговых костных опилов в реципиентной зоне после ортотопической трансплантации.Also at this stage, a suspension of autologous cultured multipotent mesenchymal stromal bone marrow cells in the amount of 10,000 cells per 0.2 ml, a mixture of hemopreservative solutions and F12 medium, is injected into the bone marrow using a syringe to create a local environment favorable for regeneration inside the device. The bone marrow segment itself can be slightly longer than the device, to facilitate contact with the edges of the bone marrow in the lumens of the bone marrow bone sawdust in the recipient zone after orthotopic transplantation.
Затем устройство с трансплантатом переносится в реципиентную зону - свободное пространство костного дефекта, заполненное стерильной средой F12. Стабильность костных фрагментов травмированной большеберцовой кости с сегментарным дефектом была обеспечена предварительно наложенным аппаратом Илизарова с фиксацией каждого костного фрагмента двумя парами спиц из 4-х опор. Сразу полная фиксация спиц не проводилась, чтобы обеспечить подвижность концов - опилов костных фрагментов для облегчения крепления устройство. Трубка устройства с утолщением аккуратно натягивается на опил костного фрагмента, сначала с одной (верхней части) при отведении нижнего костного фрагмента, а затем с нижней части. Далее с помощью металлических пластин и ортопедических болтов устройство крепиться к костным фрагментам, располагаясь между ними. Проводиться окончательное натяжение спиц, приведение аппарата Илизарова в рабочее состояние для надежной иммобилизации костных отломков и, соответственно, одновременного удержания устройства с костным мозгом в правильном положении. Возможно заполнение пространства между трубой и костным мозгом альгинатным гелем в процессе крепления для предотвращения деформации и повреждения столбика костного мозга. Введение осуществляется через прокол трубы устройства с помощью шприца. Провели послойное ушивание ран.Then the device with the graft is transferred to the recipient zone - the free space of the bone defect, filled with a sterile F12 medium. The stability of the bone fragments of the injured tibia with a segmental defect was ensured by the preliminary application of the Ilizarov apparatus with fixation of each bone fragment with two pairs of wires of 4 supports. Immediately complete fixation of the wires was not carried out in order to ensure the mobility of the ends - sawdust of bone fragments to facilitate the attachment of the device. The tube of the device with a thickening is carefully pulled over the sawdust of the bone fragment, first from one (upper part) when the lower bone fragment is retracted, and then from the lower part. Further, with the help of metal plates and orthopedic bolts, the device is attached to the bone fragments, located between them. The final tension of the spokes is carried out, bringing the Ilizarov apparatus into working condition for reliable immobilization of bone fragments and, accordingly, simultaneous retention of the device with the bone marrow in the correct position. It is possible to fill the space between the tube and the bone marrow with alginate gel during the attachment process to prevent deformation and damage to the bone marrow column. The introduction is carried out through a puncture of the tube of the device using a syringe. Spent layer-by-layer suturing of wounds.
На стороне забора костного мозга отломок кортикала диафиза реплантировали на свое место, травмированный участок кости усиливали металлическими ортопедическими пластинами для успешного костного заживления.On the side of the bone marrow sampling, a fragment of the cortical of the diaphysis was replanted in its place, the injured area of the bone was reinforced with metal orthopedic plates for successful bone healing.
Результаты рентгенологических и морфологических исследований биоптатов костных регенератов позволили продемонстрировать ранее неизвестную способность к восстановлению кости аутологичным не разрушенным обрезком - трансплантатом костного мозга, и эффективную регенерацию сосудов костного мозга при трансплантации не разрушенного фрагмента костного мозга в костный дефект между двумя открытыми костномозговыми каналами с противоположные сторон, заполненных костным мозгом с объединением всех частей костного мозга через костномозговой трансплантат в единую структуру с общим кровообращением, при условии обеспечения плотного контакта трансплантата с костным мозгом в реципиентной области с двух сторон, устройство и способ позволили сохранить целостность, жизнеспособность клеток, проявить эффективное приживление, реваскуляризацию, а также костеобразовательные потенции свободному аутотрансплантату костного мозга диафиза трубчатой кости забранного с контралатеральной конечности и заживить костный дефект критического размера.The results of X-ray and morphological studies of bone marrow biopsy specimens made it possible to demonstrate the previously unknown ability to restore bone by autologous undestroyed pruning - bone marrow transplant, and effective regeneration of bone marrow vessels during transplantation of an undestroyed bone marrow fragment into a bone defect between two open bone marrow canals from opposite sides, filled with bone marrow with the union of all parts of the bone marrow through the bone marrow graft into a single structure with general blood circulation, provided that the graft is in close contact with the bone marrow in the recipient area on both sides, the device and method made it possible to preserve the integrity, viability of the cells, to show effective engraftment, revascularization , as well as bone-forming potency to a free autograft of the bone marrow of the diaphysis of the tubular bone taken from the contralateral limb and heal the bone defect ect critical size.
Способ позволил добиться заживления костного дефекта с образованием полноценной пластинчатой костной ткани и восстановлением всех функций кости после удаления устройства для трансплантации костного мозга и медицинских устройств для костной фиксации.The method made it possible to achieve healing of the bone defect with the formation of a full-fledged lamellar bone tissue and the restoration of all bone functions after the removal of the device for bone marrow transplantation and medical devices for bone fixation.
Ни одна собака в экспериментах не погибла и не утратила здоровье, все травмированные кости зажили без укорочений, деформаций и осложнений, все устройства для фиксаций костных отломков с обоих конечностей были своевременно удалены.None of the dogs in the experiments died or lost their health, all injured bones healed without shortening, deformities and complications, all devices for fixing bone fragments from both limbs were removed in a timely manner.
Хотя настоящее изобретение относится к определенному в прилагаемой ниже в формуле изобретения, важно отметить, что настоящее изобретение содержит основание для формулировки других изобретений, которые могут, например, быть заявлены как объект уточненной формулы изобретения настоящей заявки или как объект формулы изобретения в выделенной и/или продолжающей заявке. Такой объект может быть охарактеризован любым признаком или комбинацией признаков, описанных в настоящем документе.Although the present invention relates to what is defined in the appended claims below, it is important to note that the present invention contains the basis for the formulation of other inventions, which may, for example, be claimed as the subject of the amended claims of the present application or as the subject of the claims in the selected and / or continuing application. Such an object may be characterized by any feature or combination of features described herein.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778615C1 true RU2778615C1 (en) | 2022-08-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2269961C2 (en) * | 2004-03-10 | 2006-02-20 | Федеральное государственное учреждение "Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Федерального агенства по здравоохранению и социальному развитию"(ФГУ "ННИИТО Росздрава") | Method for autotransplanting immobilized medullary stromal stem cells |
| RU2311144C2 (en) * | 2005-04-18 | 2007-11-27 | ГУ Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии ВСНЦ СО РАМН (ГУ НЦРВХ ВСНЦ СО РАМН) | Method for treating unhealed fractures and false joints of shin bones complicated with chronic traumatic osteomyelitis |
| WO2010062297A1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-06-03 | The Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Regenerative tissue grafts and methods of making same |
| RU2545993C2 (en) * | 2013-09-05 | 2015-04-10 | Александр Сергеевич Тепляшин | Method for repairing long bone defects of critical size |
| RU2741206C1 (en) * | 2020-06-04 | 2021-01-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Международный Центр Медицинских Исследований И Разработок" (Ооо "Мц Миир") | Device, kit and method for transplant introduction into bone regenerate |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2269961C2 (en) * | 2004-03-10 | 2006-02-20 | Федеральное государственное учреждение "Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Федерального агенства по здравоохранению и социальному развитию"(ФГУ "ННИИТО Росздрава") | Method for autotransplanting immobilized medullary stromal stem cells |
| RU2311144C2 (en) * | 2005-04-18 | 2007-11-27 | ГУ Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии ВСНЦ СО РАМН (ГУ НЦРВХ ВСНЦ СО РАМН) | Method for treating unhealed fractures and false joints of shin bones complicated with chronic traumatic osteomyelitis |
| WO2010062297A1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-06-03 | The Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Regenerative tissue grafts and methods of making same |
| RU2545993C2 (en) * | 2013-09-05 | 2015-04-10 | Александр Сергеевич Тепляшин | Method for repairing long bone defects of critical size |
| RU2741206C1 (en) * | 2020-06-04 | 2021-01-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Международный Центр Медицинских Исследований И Разработок" (Ооо "Мц Миир") | Device, kit and method for transplant introduction into bone regenerate |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Arinzeh TL 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. * |
| Илизаров Г.А. Кортикальный дефект трубчатой кости как модель для изучения остеогенных свойств костного мозга диафиза / Г.А. Илизаров, А.А. Шрейнер, И.А. Имерлишвили // Гений ортопедии. - 1995. - N 1. - С. 18-20. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Migliorini et al. | Strategies for large bone defect reconstruction after trauma, infections or tumour excision: a comprehensive review of the literature | |
| Stanovici et al. | Bone regeneration strategies with bone marrow stromal cells in orthopaedic surgery | |
| GREEN et al. | The open bone graft for septic nonunion | |
| Van Heest et al. | Bone-graft substitutes | |
| Mavrogenis et al. | The history of microsurgery | |
| Salama | Xenogeneic bone grafting in humans. | |
| McKee | Microvascular bone transplantation | |
| US6537589B1 (en) | Calcium phosphate artificial bone as osteoconductive and biodegradable bone substitute material | |
| JPH0553506B2 (en) | ||
| Wientroub et al. | The clinical use of autologous marrow to improve osteogenic potential of bone grafts in pediatric orthopedics | |
| Sparks et al. | Bone regeneration exploiting corticoperiosteal tissue transfer for scaffold-guided bone regeneration | |
| Reynolds et al. | Clinical evaluation of the Merthiolate bone bank. A preliminary report | |
| Feldman et al. | Compatibility of autologous fibrin adhesive with implant materials | |
| RU2778615C1 (en) | Graft, a method for bone marrow autotransplantation to stimulate reparative bone regeneration and a device for carrying out transplantation | |
| Zhang et al. | Development of a mouse limb transplantation model | |
| RU2757157C1 (en) | Restoration of the diaphysis of long bones by cellular technology applying a method for autotransplantation of a vessel | |
| Kaminski et al. | Free vascularised corticoperiosteal bone flaps in the treatment of non-union of long bones: an ignored opportunity? | |
| RU2375981C1 (en) | Method of treating slowly healing fractures by transplantation of autologic mesenchymal stem cells | |
| Moissonnier et al. | Cranioplasty after en bloc resection of calvarial chondroma rodens in two dogs | |
| RU2721873C1 (en) | Allogenic combined bone graft for treating complex fractures of the proximal humerus, a method for preparing it | |
| Nather et al. | Evolution of allograft transplantation | |
| Giardino et al. | A resorbable biomaterial shaped as a tubular chamber and containing stem cells: a pilot study on artificial bone regeneration | |
| Sachkov et al. | Use of cadaver skin in the treatment of wounds | |
| RU2309756C1 (en) | Method for treating false articulations due to transplantation of autologous mesenchymal stem cells and biotransplant for its application | |
| RU2342091C1 (en) | Osteal plasty method of tibial bone defects |