Восстановление ограниченных дефектов суставного хряща с помощью клеточно-инженерных конструкций

Цель. Разработать трехмерную комбинированную клеточно-инженерную конструкцию (КИК) для восстановления ограниченных повреждений суставного хряща в эксперименте.

Материалы и методы. Для создания клеточно-инженерной конструкции (КИК) использованы коллагеновые носители: двухслойная непроницаемая мембрана «Chondro Gide» и проницаемая матрица «Остеопласт», проводилось сравнительное исследование их цитотоксических, адгезивных свойств in vitro. Хондропластический потенциал подготовленных КИК на основе коллагеновых матриц с выращенными на их поверхности аллогенными мезенхимальными стволовыми клетки (МСК) костного мозга кролика оценивался in vivo. Кроликам на обеих лапах был сформирован цилиндрический дефект суставного хряща внутреннего мыщелка бедренной кости диаметром 3,3 мм на глубину 1,5 мм. При этом лабораторные животные были разделены на 3 группы: контрольная; группа «Опыт 1», в которой в качестве носителя для МСК в составе КИК использовался «Chondro Gide»; группа «Опыт 2», где была применена матрица «Остеопласт». По завершении эксперимента проводились морфометрическое и гистоморфологическое исследование образцов тканей. Для статистической оценки результатов был предложен и использован коэффициент восстановления области дефекта (КВ).

Результаты. Через 6 месяцев наблюдений в контрольной группе отмечено частичное восстановление области дефекта, коэффициент восстановления (КВ) составил 0,62 ± 0,06. В группе «Опыт 1» КВ был равным 0,79 ± 0,07, в группе «Опыт 2» КВ находился на уровне 0,88 ± 0,02. Статистическая оценка результатов исследования показывает, что применение КИК, используемой в группе «Опыт 2», позволяет снизить относительный риск наступления неблагоприятных исходов лечения на 92,9%, абсолютный риск – на 43,3% по сравнению с группой «Опыт 1». Данные гистоморфологического исследования свидетельствуют о формировании в центральной зоне дефекта гиалинового хряща, местами максимально приближенного к интактному хрящу с обозначением зональности.

Заключение. Результаты исследования разработанной трехмерной клеточно-инженерной конструкции, состоящей из мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, выращенных на проницаемой коллагеновой матрице «Остеопласт», демонстрируют формирование в области ее имплантации хрящевой гиалиновой ткани с высокой степенью структурной организации. Вновь образованный хрящ лишь незначительно уступает по толщине предсуществующей хрящевой ткани, что способствует динамическому распределению осевой нагрузки по суставной поверхности и в совокупности позволяет надеяться на хорошие долгосрочные результаты. Таким образом, на основании полученных данных считаем обоснованным проведение следующих этапов исследования предложенной клеточно-инженерной конструкции для хондропластики ограниченных дефектов суставного хряща. 

1. Корнилов НН, Новоселов КА, Корнилов НВ. Современные взгляды на этиопатогенез, принципы диагностики и консервативную терапию дегенеративно-дистрофических заболеваний коленного сустава. Травматология и ортопедия России. 2005; 2: 47–49. Kornilov NN, Novoselov KA, Kornilov NV. Sovremennye vzgliady na etiopatogenez, printcipy diagnostiki i konservativnuiu terapiiu degenerativno-distrofi cheskikh zabolevanii kolennogo sustava. Travmatologiia i ortopediia Rossii. 2005; 2: 47–49.

2. Magalhaes J, Lebourg M, Deplaine H, Gmez Ribelles JL, Blanco FJ. Effect of the physicochemical properties of pure or chitosan-coated poly (-lactic acid) scaffolds on the chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells from osteoarthritic patients. Tissue Eng. 2015; 2: 716–728.

3. Fraitzl CR, Flören M, Reichel Kniegelenk H. Arthrose und Arthritis. Orthop. Unfallchir. 2008; 2: 155–176.

4. Hjelle K, Solheim E, Strand T, Muri R, Brittberg М. Articular cartilage defects in 1,000 knee arthroscopies. Arthroscopy. 2002; 18: 730–734.

5. Tetteh ES, Bajaj S, Ghodadra NS. Basic science and surgical treatment options for articular cartilage injuries of the knee. J. Orthop. Sports. Phys. Ther. 2012 Mar; 42 (3): 243–253.

6. Ding C, Cicuttini F, Scott F, Cooley H, Jones G. Association between age and knee structural change: a cross sectional MRI based study. Ann. Rheum. Dis. 2005; 64 (4): 549–555.

7. Stahl R, Luke A, Li X, Carballido-Gamio J, Ma CB, Majumdar S, Link TM. T1rho, T2 and focal knee cartilage abnormalities in physically active and sedentary healthy subjects versus early OA patients-a 3.0-Tesla MRI study. Eur. Radiol. 2009; 19 (1): 132–143.

8. Curl WW, Krome J, Gordon ES, Rushing J, Smith BP, Poehling GG. Cartilage injuries: a review of 31,516 knee arthroscopies. Arthroscopy.1997; 13: 456–460.

9. Yan Н, Yu C. Repair of Full-Thickness Cartilage Defects With Cells of Different Origin in a Rabbit Model. The Journal of Arthroscopic and Related Surgery. 2007; 23 (2): 178–187.

10. Magnussen RA, Dunn WR, Carey JL. Treatment of local articular cartilage defects in the knee: a systematic review. Clin. Orthop. 2008; 466 (4): 952–962.

11. Омельяненко НП, Слуцкий ЛИ. Соединительная ткань (гистофизиология и биохимия). М., 2011; II: 380. Omelianenko NP, Slutckii LI. Soedinitelnaia tkan (gistofi ziologiia i biokhimiia). M., 2011; II: 380.

12. Павлова ВН, Павлов ГГ, Шостаков ИО, Слуцкий ЛИ. Сустав: морфология, клиника, диагностика, лечение. М., 2011: 168–218. Pavlova VN, Pavlov GG, Shostakov IO, Slutckii LI. Sustav: morfologiia, klinika, diagnostika, lechenie. M., 2011: 168–218.

13. Becerra J, Andrades JA, Guerado Е, Zamora-Navas Р et al. Articular cartilage: structure and regeneration. Tissue Eng. Part. B. Rev. 2010 Dec; 16 (6): 617–627.

14. Севастьянов ВИ, Духина ГА, Григорьев АМ, Перова НВ, Кирсанова ЛА, Скалецкий НН и др. Функциональная эффективность биомедицинского клеточного продукта для регенерации суставного хряща (экспериментальная модель остеоартроза). Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2015; 17 (1): 86–96. Sevastianov VI, Dukhina GA, Grigoriev AM, Perova NV, Kirsanova LA, Skaletskiy NN et al. The functional effectiveness of a cell-engineered construct for the regeneration of articular cartilage. Russian Journal of Transplantology and Artifi cial Organs. 2015; 17 (1): 86– 96. (In Russ.) DOI:10.15825/1995-1191-2015-1-86-96.

15. Котельников ГП. Доказательная медицина. Научно обоснованная медицинская практика. Монография / Г .П. Котельников, А.С. Шпигель; Минздрав Россий ской Федерации, ГБОУ ВПО «Самарский гос. мед. ун-т». 2-е изд., доп. и перераб. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012; 239 (2). Kotel’nikov GP. Dokazatel’naya medicina. Nauchno obosnovannaya medicinskaya praktika. Monografi ya / G.P. Kotel’nikov, A.S. SHpigel’; Minzdrav Rossijskoj Federacii, GBOU VPO «Samarskij gos. med. un-t». 2-e izd., dop. i pererab. M.: GEHOTAR-Media, 2012; 239 (2).