Новые возможности репарации повреждений суставного хряща у лошадей

И. Пономарёв1, Д. Барневитц, К. Майер2, Д. Пауль1, М. Нойман1, И. Вилке1, М. Кочнева3
1 Исследовательский центр медицинской техники и биотехнологии, Бад Лангензальца, Германия;
2 Травматологическое отделение университетской клиники Гиссен, Германия;
3 Новосибирский аграрный университет, Россия

 

Ponomarev Igor, fzmb GmbH, Geranienweg 7, 99867 Bad Langensalza. 049-3603-833-183, [email protected]

 

Ограниченные возможности саморегенерации травматических повреждений гиалинового хряща являются основной причиной развития артрозов у спортивных лошадей. Поиски оперативных методов решения данной проблемы привели к развитию нового направления, находящегося на стыке биотехнологии и медицины — тканевой инженерии. Апробированные и получившие достаточно широкое распространение в ортопедии инвазивные методы восстановления хрящевых повреждений постепенно начинают применяться и в ветеринарной практике лошадей. Основой метода является создание трёхмерных хрящевых трансплантатов in vitro и последующая их имплантация в область поражения хряща. Исходным клеточным материалом для изготовления трансплантатов являются хондроциты, изолированные из биоптата хрящевой ткани, полученной при артроскопии. Клетки, полученные после энзиматического гидролиза биоптата, размножают в монослойной культуре до необходимой концентрации, а затем переводят в трёхмерную форму. Для поддержания пространственной формы существования клеток суставного хряща in vitro применяют, как правило, различные резорбируемые матрицы-носители. Их изготавливают либо из синтетических полимеров молочной и/или гликолевой кислот, либо из органических материалов, например коллагена (I и III типов). Переведённые в трёхмерное состояние хондроциты возвращаются, таким образом, к своему исходному фенотипу, что является необходимым условием синтеза компонетов внеклеточного матрикса, а именно: коллагена II типа и протеогликанов. Культивирование хондроцитов на матрицах-носителях длится от трёх до четырёх недель. Однако эти материалы имеют и свои недостатки, а именно: не всегда полностью резорбируются или резорбируются неконтролируемо с повышением местного иммунитета (увеличение локального количества макрофагов), негомогенное распределение клеток в структуре матрицы-носителя, а в некоторых случаях и отсутствие механической стабильности трансплантата. Таким образом, качество изготовленного in vitro тканеинженерного трансплантата может существенно влиять на конечный результат восстановления повреждённого суставного хряща.

Исходя из этого, в FZMB был разработан способ создания трёхмерных хрящевых трансплантатов лошади без применения матриц-носителей [Ponomarev и Wilke, 2004]. Основой метода является создание плотного клеточного агрегата и его последующая механическая стимуляция в процессе культиврования. Таким образом удалось получить хондротрансплантаты до 2 см в диаметре и 2–3 мм в толщину, которые по своей природе являются полностью аутологичными для пациента, т.к. состоят из собственных клеток и продуктов их синтеза. Кроме того, фактором, повышающим качество хрящевого трансплантата, является то, что в процессе культивирования клеток к питательной среде обязательно добавляется аутологичная сыворотка крови животного.

В настоящей работе представлены результаты исследования по применению хрящевых конструктов без матриц-носителей при репарации повреждений коленного сустава, проведённого на лошадях породы «хафлингер» (Германия). Для изучения процессов восстановления гиалинового хряща были изготовлены хондротрансплантаты различных размеров (рис. 1 а). Имплантация конструктов в зону дефекта производилась по принципу press-fit, т.е. размер дефекта соответствовал размеру хрящевого конструкта (рис. 1 б). Для надёжности фиксации по линии контакта трансплантат-хрящ использовался фибриновый клей.

Животных подвергли эвтаназии через 1,5 года после имплантации. Были проведены макроскопические анализы (рис. 1 в, г) ткани de novo и изучены количественные показатели основных компонентов внеклеточного матрикса (коллагенов и протеогликанов) хондротрансплантатов до имплантации и после полутора лет в состоянии in vivo. Помимо этого, было проведено гистологическое исследование содержания коллагена и протеогликанов в конструктах и проанализировано распределение клеток и основных компонентов внеклеточного матрикса в хрящевом регенерате по сравнению с нативным хрящом.
 

а
б
в
г

Рис. 1. Размеры тканеинженерных конструктов, изготовленных без матриц-носителей (а); имплантация хрящевых регенератов по методу press-fit (б); макроскопический анализ регенератов спустя 1,5 года после операции (в); поперечный разрез демонстрирует приживляемость и степень заполнения дефекта хрящевым конструктом (г).

 

Проведённые биохимические исследования показали высокую степень сходства тканеинженерного хрящевого трансплантата с гиалиновым суставным хрящом. Содержание коллагена в конструкте до имплантации составляло 24%, а пртеогликанов 20% от нативной ткани. После эвтаназии были взяты для анализа пробы регенерата, контактной зоны регенерат-хрящ и близлежащего нативного хряща. Было установлено увеличение содержания протеогликанов в конструкте по сравнению с нативной тканью с 20% до 32%, в зоне контакта концентрация составила 85% в сравнении с близлежащим участком гиалинового хряща. Ещё более значительные количественные изменения произошли в содержании коллагена. Так, концентрация гидроксипролина в конструкте возросла с 24% до 103%, а на границе регенерат-хрящ составила 94% по сравнению с близлежащей нативной тканью.

Гистологический анализ хрящевых конструктов показал отчётливое окрашивание как на коллаген, так и на протеогликаны, а также равномерное распределение клеток во вновь синтезированном матриксе. Распределение макромолекул внеклеточного матрикса в конструкте соответствует таковому в нативном хряще, а именно: в поверхностной зоне отмечается увеличение доли коллагена, тогда как средняя зона более богата протеогликанами. Результаты макроскопического анализа демонстрируют отчётливую ассоциацию ткани хрящевого регенерата с нативным хрящом (рис. 1 в). При изготовлении дефекта его края были ровные, а спустя 1,5 года отмечается наличие неровностей на границе конструкт-хрящ, взимопрникновение компонентов хряща и имплантированного регенерата ткани. Увеличение концентраций протеогликанов и коллагена в хрящевых конструктах после полутора лет в состоянии in vivo также свидетельствуют о положительной динамике регенерации повреждений гиалинового хряща с помощью тканеинженерных хрящевых трансплантатов, изготовленных без применения матриц-носителей. Неполное восстановление тканевого дефекта объясняется биологией суставного хряща, а именно отсутствием васкуляризации и иннервации, что значительно влияет на скорость процессов репарации и, по-видимому, требует большего срока наблюдения, что в условиях эксперимента на крупных животных представляет серьёзную проблему.

Применяемая в процессе культивирования тканеиженерных хрящевых конструктов механическая стимуляция может являться фактором, увеличивающим синтетическую активность клеток в условиях in vitro и повышающим резистентность хрящевого регенерата к механическим нагрузкам после имплантации в сустав. Время создания подобного хрящевого трансплантата колеблется от 6 до 8 недель и зависит, в определённой степени, от возраста и породы лошади.

Спектр современных лечебных мероприятий по восстановлению суставного хряща лошади посредством тканевой инженерии может быть дополнен методом, разработанным в FZMB, который можно расценивать как фактор выбора при репарации хрящевых повреждений лошадей.

 

Материал предоставлен Конским ветеринарным объединением
Перевод с немецкого — Игорь Пономарёв

 

СВМ № 3/2014

Подпишитесь на наш телеграм-канал и получайте важные отраслевые новости в удобном для вас формате.
Оценить материал
Нравится
Нравится Поздравляю Сочувствую Возмутительно Смешно Задумался Нет слов

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Подписка на новости

После отправки заполненной формы Вам на почту придёт письмо со ссылкой для подтверждения рассылки. Если Вы не видите письма, проверьте папку «Спам». Если не подтвердить рассылку, мы не сможем отправлять её Вам.






Нажимая на кнопку «Подписаться», я даю согласие на обработку персональных данных
Я ознакомлен с политикой конфиденциальности

Close