Устройство, комплект и способ для введения трансплантата в костный регенерат

Название	Устройство, комплект и способ для введения трансплантата в костный регенерат
Разработчик (Авторы)	Ковалев Алексей Вячеславович , Бушнев Сергей Владимирович , Сморчков Михаил Михайлович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2741206
Дата регистрации	22.01.2021
Правообладатель	ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЦЕНТР МЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК" (ООО "МЦ МИИР")
Область применения (класс МПК)	A61B 17/00 (2006.01) A61F 2/00 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области медицины и медицинской технике, а именно к экспериментальной травматологии и ортопедии, регенеративной медицине, трансплантологии. Изобретение может быть использовано в травматологии для сращивания костей при переломах в условиях in vivo.

Предпосылки создания изобретения

Восстановление дефекта кости критического размера остается главной клинической ортопедической проблемой. Дефекты кости критического размера технически определены как те, которые не заживают спонтанно, естественным путем в течение жизни пациента. Критический дефект может возникать как в случае случайного события (травма), так и преднамеренно (экспериментальные исследования на лабораторных животных). Способности человека и млекопитающих, в целом, и восстанавливать кость путем репаративной регенераци ограничены, поэтому для костей существует понятие о дефектах, превышающие критические размеры, но для каждой кости они имеют свои параметры и отличаются как по объему утраченных тканей, так и по конфигурации.

В экспериментах на животных моделях с искусственными критическими дефектами костей было показано (Миронов С.П., Омельяненко Н.П., Ильина В.К., Карпов И.Н., Дорохин А.И., Кожевников О.В. ТКАНЕВЫЕ И КЛЕТОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ РЕПАРАТИВНЫМ ОСТЕОГЕНЕЗОМ // Кремлевская медицина. Клинический вестник. - 2007. - №1. - С. 48-52), что на месте утраченных опорных тканей - между опилами костей спонтанно формируется надтканевая временная структура - «грануляционная ткань», богатая новообразованными сосудами. При дальнейшей естественной регенерации в этой молодой соединительной ткани происходит редукция сосудистого русла, формируется атипичная для данной локализации грубоволокнистая структура - соединительнотканный рубец.

Кость также регенерирует через динамически изменяющийся соединительнотканный регенерат, так как костная ткань - является разновидностью скелетных соединительных тканей. Вторичное костное сращение последовательно проходит пять сменяющих друг друга фаз морфологической перестройки костного регенерата: 1) формирование провизорной (остеогенной) мозоли; 2) дифференцировка клеток провизорной мозоли в хрящ и грубоволокнистую костную ткань; 3) образование первичных костномозговых полостей с костным мозгом; 4) разрушение хряща и образование на его месте энхондральной кости, имеющей губчатое строение; 5) замена грубоволокнистой энхондральной кости параллельно-волокнистой (Бабаева, Анна Георгиевна Регенерация: факты и перспективы / А.Г. Бабаева; Российская акад. мед. наук, ГУ НИИ морфологии человека РАМН. - Москва: Изд-во РАМН, 2009. - 333, [1] с. с. 182-183).

Костный регенерат длительно перестраивается: сначала происходит репаративное ремоделирование, а далее, уже на завершающем этапе, под действием постепенно нарастающей механической нагрузки осуществляется адаптивно-функциональное ремоделирование. После этих достаточно длительных перестроек кость полностью восстанавливает свои функции как орган: костный регенерат полностью консолидирован с костными отломками или краями дефекта и не отличается от соседней интактной костной ткани.

При дефектах, превышающих критический размер, кость регенерирует, но консолидация перелома невозможна, - образуются купола выростов на отломках (опилах) костей, которые не взаимодействуют достаточным образом между собой, так как их длины недостаточно для соприкосновения с костным регенератом на противоположной стороне. Остеогенные структуры самостоятельно не могут проникнуть в грануляционную ткань, так как нет необходимых факторов хемотаксиса для остеогенных клеток. Также там нет индукторов остеогенеза, количество клеток недостаточно. В итоге открытые костномозговые каналы закрываются замыкательными костными пластинками, и костная регенерация на этом заканчивается.

Таким образом, естественной регенерации недостаточно для преодоления костной тканью расстояния дефекта, поэтому такой дефект получил название «дефект, превышающий критические размеры». Отломки кости остаются несоединенными, регенерат (грануляционная ткань) между отломками костей превращается в обычный рубец, человек остается инвалидом.

Известно (Омельяненко Н.П., Ильина В.К., Карпов И.Н., Ковалев А.В., Хлыстова А.В. Провизорная естественная клеточно-матриксная основа для индуцируемой репаративной костной регенерации //Тезисы на Х юбилейном всероссийском съезде травматологов - ортопедов 16-19 сентября 2014 г, Москва. Сб. материалов съезда, стр. 469), что клеточные трансплантации могут изменить структурную динамику соединительнотканных регенератов, позволяя использовать эти естественные матрицы на этапах фиброгенеза - ангиогенеза как структурную основу для рукотворного «выращивания» утраченных частей костей внутри живых организмов, что может стать основой трансляционных исследований в травматологии и ортопедии. То есть, если периодически вводить остеогенные клетки и индукторы остеогенеза, питательные и биологически активные вещества в грануляционную ткань, можно изменить схему восстановления и обеспечить сращение костных отломков в случае, когда естественным путем это неосуществимо..........

Формула изобретения

1. Устройство для введения трансплантата, представляющего собой суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе тканевых или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания, в соединительнотканный регенерат на месте костного дефекта, выполненное в виде эластичной трубки-стержня из биоинертного материла и имеющей изгиб, позволяющий ввести ее в костномозговой канал так, чтобы трубка-стержень упиралась во внутреннюю стенку костномозгового канала на противоположной стороне просверленному отверстию в области метафиза, причем трубка-стержень выполнена с возможностью ввода через ее просвет незакрепленного катетера с иглой на конце, трубка-стержень имеет внутренний конец и наружный конец, внутренний конец заострен и имеет косой срез по большей кривизне трубки-стержня, а наружный конец выполнен с внешней резьбой.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что внешняя поверхность внутреннего конца трубки-стержня имеет зазубрины.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что биоинертным материалом трубки-стержня является титан или нержавеющая сталь.

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что трансплантат представляет собой суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе тканевых или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания.

5. Устройство по п.4, характеризующееся тем, что сфероиды представляют собой сфероиды на основе аутологичных клеток надхрящницы, сфероиды на основе аутологичных клеток надкостницы, сфероиды на основе аутологичных и аллогенных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга и измельченной частично деминерализованной аллогенной кости или их смесь.

6. Комплект для введения трансплантата, представляющего собой суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе тканевых или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания, в соединительнотканный регенерат на месте костного дефекта, включающий

- две трубки-стержня по любому из пп. 1-3,

- по меньшей мере один катетер с иглой на конце,

- по меньшей мере один мандрен,

- по меньшей мере переходник, устанавливаемый на наружный конец трубки-стержня по любому из пп. 1-3 для присоединения шприца,

- по меньшей мере один шприц,

- две канюли с крышкой или две крышки, устанавливаемые герметично на наружные концы трубок-стержней с помощью резьбового соединения.

7. Комплект по п.6, характеризующийся тем, что мандрен выполнен с заостренным рабочим концом.

8. Комплект по п.6, характеризующийся тем, что дополнительно снабжен направляющей деталью с прямолинейным сквозным каналом для возможного прохождения через него трубки-стержня.

9. Комплект по п.6, характеризующийся тем, что катетер имеет рентгеноконтрастную метку, расположенную вдоль длины катета, и нанесенную линейку, в которой отсчет ведется от основания иглы катетера.

10. Комплект по п.6, характеризующийся тем, что дополнительно снабжен мембраной, имеющей отверстия.

11. Комплект по п.10, в котором мембрана является резорбируемой.

12. Комплект по п.10, в котором мембрана представляет собой коллагеновую мембрану, децеллюлизированную и лиофилизированную аллогенную или ксеногенную надкостницу.

13. Комплект по п.10, в котором отверстия в мембране имеют диаметр до 0,8 см.

14. Комплект по п.10, в котором отверстия в мембране могут составлять до 20% от общей площади поверхности всей мембраны.

15. Комплект по п.10, в котором на 4-6 см2 площади поверхности мембраны имеется одно отверстие.

16. Комплект по п.6, характеризующийся тем, что трансплантат представляет собой суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе тканевых или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания.

17. Комплект по п.10, характеризующийся тем, что сфероиды представляют собой сфероиды на основе аутологичных клеток надхрящницы, сфероиды на основе аутологичных клеток надкостницы, сфероиды на основе аутологичных и аллогенных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга и измельченной частично деминерализованной аллогенной кости или их смесь.

18. Способ введения трансплантата, представляющего собой суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе тканевых или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания, в соединительнотканный регенерат для восстановления кости при дефектах, размеры которых превышают критический размер, включающий следующие этапы:

- вводят две трубки-стержни по пп.1-3, с установленными в них мандренами, с двух сторон травмированной кости через ее метафизы, дистальный и проксимальный, по направлению к центру кости и выводят их в дефект через открытые костномозговые каналы костных отломков, продвигая трубки-стержни вдоль костномозговых каналов таким образом, чтобы точка упора о внутреннюю стенку костномозгового канала находилась со стороны, противоположной костному каналу в кортексе метафиза,

- вынимают мандрены, при этом наружные концы трубок-стержней остаются над поверхностью кожи,

- через трубки-стержни подают трансплантат посредством катетера с иглой, проводимого через канюлю, закрепленную на наружном конце по меньшей мере одной трубки-стержня, или через шприц, закрепленный на переходнике, установленном на наружном конце по меньшей мере одной трубки-стержня,

- извлекают трубки-стержни после начала минерализации костного регенерата в центральной части.

19. Способ по п.18, в котором до введения трансплантата осуществляют стабилизацию костных опилов или отломков в области дефекта по направлению друг к другу с помощью установки аппарата внешней фиксации, а также осуществляют установку мембраны, имеющей отверстия.

20. Способ по п.19, в котором при установке мембраны она фиксируется по краям шовными рассасывающимися нитями.

21. Способ п. 19, в котором после установки мембраны полость между мембраной и костным дефектом заполняется питательной средой F12, аутологичной обогащенной тромбоцитами плазмой, аутологичной сывороткой крови, альгинатным гелем или их смесью.

22. Способ по п.19, в котором после установки мембраны полость между мембраной и костным дефектом заполняется смесью альгинатного геля с питательной средой F12.

23. Способ по п.18, в котором трансплантат представляет собой суспензию на основе остеогенных клеток, живых клеточных культур аутологичных клеток надкостницы, надхрящницы, стромальных клеток костного мозга, суспензию на основе тканевых или биокомпозитных сфероидов или различные их сочетания.

24. Способ по п.23, в котором сфероиды представляют собой сфероиды на основе аутологичных клеток надхрящницы, сфероиды на основе аутологичных клеток надкостницы, сфероиды на основе аутологичных и аллогенных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга и измельченной частично деминерализованной аллогенной кости или их смесь.

25. Способ по любому из пп.18-22, в котором трансплантат вводят многократно по мере развития соединительнотканного регенерата периодически.

26. Способ по п.25, в котором дополнительно периодически вводят цитокины, остеоиндукторы, индукторы дифференцировки, гранулы гидроксиаппатита, соли фосфата кальция в виде гранул, питательную среду, биологически активные вещества и/или суспензию измельченной деминерализованной кости.

27. Способ по п.18, в котором после установки трубок-стержней их заполняют изотоническим стерильным раствором поваренной соли.

28. Способ по п.18, в котором перед введением трубок-стержней их дополнительно изгибают для соответствия их кривизны геометрии костномозгового канала и упора во внутреннюю стенку костномозгового канала на противоположной стороне просверленному отверстию в области метафиза.

29. Способ по п.26, в котором для подачи питательных и/или биоактивных веществ и суспензии живых клеточных культур аутологичных клеток в трубку-стержень вводят катетер с иглой, при этом длина катетера соответствует длине трубки-стержня плюс половине расстояния между опилами кости.

30. Способ по п.23, в котором для подачи суспензии сфероидов в трубку-стержень вводят катетер с иглой таким образом, чтобы конец иглы находился в центре дефекта.

31. Способ по п.30, в котором для введения суспензии сфероидов катетер с иглой вынимают.

32. Способ по п.18, в котором костный дефект является дефектом трубчатой кости.

Изобретение " Устройство, комплект и способ для введения трансплантата в костный регенерат" (Ковалев Алексей Вячеславович , Бушнев Сергей Владимирович , Сморчков Михаил Михайлович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога