Трансплантат, способ аутотрансплантации костного мозга для стимуляции репаративной регенерации кости и устройство для осуществления трансплантации Российский патент 2022 года по МПК A61F2/02 A61L27/38 A61L27/40 A61B17/56 

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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).

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).

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).

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.

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).

Пересадка костной ткани является востребованной хирургической операцией, занимает второе место по частоте трансплантаций после переливаний крови в клинической медицине.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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).

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.

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».

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.

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;

2) условия покоя в зоне регенерации;

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).

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.

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.

Задачей изобретения является создание трансплантата, способа аутотрансплантации костного мозга для стимуляции репаративной регенерации кости и устройство для осуществления трансплантации.

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.

Технический результат достигается тем, что предложен трансплантата, способа аутотрансплантации костного мозга для стимуляции репаративной регенерации кости и устройство для осуществления трансплантации.

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.

2. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что в ткань трансплантата вводится суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток

3. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток вводится в ткань трансплантата представляет собой клетки костного мозга.

4. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток вводится в ткань трансплантата представляет собой клетки жировой ткани.

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.

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.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что труба имеет рентген контрастные метки, расположенные вдоль длины трубы.

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.

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.

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.

В частных вариантах воплощения изобретения используются культуры аллогенных мезенхимальных стромальных клеток.

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.

В частных вариантах воплощения изобретения ММСК являются мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки костного мозга или жировой ткани.

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.

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.

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.

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:

- 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,

- одновременно в лоток полностью погружается устройство для трансплантации костного мозга,

- 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,

- с помощью шприца проводиться пополнение геля в просвете устройства, между костным мозгом и трубой, путем прокола иглой шприца с гелем стенки трубы снаружи,

- устройство с костным мозгом сразу извлекается из лотка,

- края обрезка костного мозга - трансплантата костного мозга отмываются этим же раствором от кровяных сгустков,

- скальпелем проводится удаление надкостницы с концов костных опилов длиной в 1,5-2 см,

- с помощью иглы шприца можно провести дополнительную инфильтрацию указанным раствором для увеличения объема трансплантата и принятия правильного положения обрезка костного мозга внутри устройства,

- инъецируется средой F12 костный мозг фрагментов кости со стороны костных опилов для увеличения объема и выпирания из костномозгового канала,

- реципиентная поверхность после гемостаза тщательно отмывается теплой средой F12 от кровяных сгустков,

- 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,

- края трубы натягиваются на опилы кости и с помощью пластин крепежного элемента и кортикальных винтов, которые вворачиваются в кость, прочно удерживаются в зафиксированном состоянии;

- рана заполняется стерильной средой F12 с пенициллин-стрептомицином, 100-х в растворе,

- проводится послойное ушивание раны.

В частных вариантах воплощения изобретения до трансплантации осуществляют стабилизацию частей травмированной кости с помощью установки аппарата внешней фиксации.

В частных вариантах воплощения изобретения мембрана в форме трубы натягивается между костными опилами, сила натяжения трубы направлена вдоль самой трубы.

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.

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.

Краткое описание чертежей

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.

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.

На фиг. 1 цифрами обозначены следующие позиции:

1 - биоинертная мембрана в форме трубы;

2 - циркулярное утолщение биоинертной мембраны;

3 - кортикальные винты;

4 - костный мозг;

4т - трансплантат костного мозга;

5 - спица Киршнера;

6 - альгинатный гель;

7 - края костных опилов, кость;

8 - металлические пластины крепежного элемента.

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

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

Отрезок означает небольшой отрезанный кусок чего-либо, часть чего-либо, ограниченная часть какого-либо целого.

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.

В материалах настоящей заявки под термином «контралатеральный» понимают расположенный на противоположной стороне тела, относится к фразеологизмам и устойчивым сочетаниям (контралатеральная конечность).

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.

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.

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.

В материалах настоящей заявки под термином «трансплантат» понимают бережно извлеченный отрезок костного мозга из костномозговой полости диафиза длинной трубчатой кости.

Используемый в данной заявке термин «гетеротопическая трансплантация» - вид свободных пересадок органов и тканей, при которой орган или ткань помещают на несвойственное им место.

«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.

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.

Используемый в данной заявке термин «реплантация» определяется как хирургическое приживление отделенного от организма органа или его части, противоположна ампутации.

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

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

В 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.

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.

Реализация предложенного изобретения иллюстрируется следующими клиническими примерами.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 мозга

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.

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.

На стороне забора костного мозга отломок кортикала диафиза реплантировали на свое место, травмированный участок кости усиливали металлическими ортопедическими пластинами для успешного костного заживления.

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.

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.

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.

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.

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, а именно к экспериментальной травматологии и ортопедии, регенеративной медицине, и может быть использована для регенеративных технологий. Раскрыт трансплантат для стимуляции репаративной костной регенерации на месте дефекта кости в виде отрезка аутологичного костного мозга из костномозгового пространства диафиза трубчатой кости, способ аутотрансплантации отрезка аутологичного костного мозга для стимуляции репаративной регенерации кости и устройство для осуществления трансплантации отрезка аутологичного костного мозга. Изобретения обеспечивают возможность соединения отломков костей при дефектах, превышающих критический размер, за счет объединения с помощью ортотопической трансплантации обрезка костного мозга с восстановлением медуллярных сосудов и формирования пересаженным костным мозгом костного регенерата, объединяющего костные отломки в единую кость. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

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 контрлатеральной интактной конечности, с введенной в ткань трансплантата смесью растворов гемоконсервантов и клеточной культурной питательной среды.

2. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что в ткань трансплантата вводится суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток.

3. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток вводится в ткань трансплантата, представляет собой клетки костного мозга.

4. Трансплантат по п. 1, отличающийся тем, что суспензия аутологичных культивированных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток вводится в ткань трансплантата, представляет собой клетки жировой ткани.

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. 6, 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.

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.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что труба имеет рентгенконтрастные метки, расположенные вдоль длины трубы.