Искусственные хрящи для тазобедренных суставов

Альтернатива замене тазобедренного сустава, возможно, вскоре станет доступной для применения в клинической практике. Исследователи в Трудах Национальной академии наук сообщают, что для лечения остеоартрита и восстановления хряща в тазобедренном суставе потенциально могут использоваться собственные стволовые клетки пациента. Из них и вырастет новый хрящ в форме тазобедренного сустава.

Авторы в своей статье описали возможный метод использования собственных стволовых клеток пациента для выращивания нового хряща. Эти клетки покроют 3-D каркас, полученный путем прессования в форме, повторяющей вид тазобедренного сустава.

Команда ученых, в том числе исследователи из Медицинской школы Сент-Луиса Вашингтонского университета, рассказали, что можно программировать вновь выращенный хрящ, чтобы он был способен вырабатывать противовоспалительные молекулы, предотвращающие возвращение артрита, являющегося наиболее распространенной причиной болей в тазобедренном суставе.

По данным национального института артрита, костно-мышечных и кожных заболеваний, остеоартроз является основной причиной повреждения тазобедренного сустава, требующего замены пораженных болезнью структур. Остеоартроз вызывает сильную боль и потерю трудоспособности.

Хирургическая замена тазобедренного сустава – эндопротезирование - включает в себя хирургическое удаление пораженной части сустава и замену его новыми искусственными составляющими. Каждый год в США проводится более 332000 операций по замене тазобедренного сустава.

Соавтор исследования Ф. Гуилак, профессор ортопедической хирургии в Университете Вашингтона, и коллеги в своей статье отмечают, что врачи настороженно относятся к замене тазобедренных суставов у пациентов моложе 50 лет. Это связано со сроком службы протезов, который, как правило, составляет менее 20 лет. Таким образом, вполне вероятно, что более молодым пациентам в течение жизни потребуется повторная операция по замене тазобедренного сустава. В настоящее время замена изношенного протеза тазобедренного сустава – сложная процедура, которая несет повышенный риск инфицирования, что может привести к повреждению кости, окружающей сустав. Таким образом, существует необходимость поиска альтернативного метода лечения, который мог бы составить некоторую конкуренцию эндопротезированию тазобедренного сустава, считают авторы.

В своем исследовании ученые, возможно, нашли такой способ. Авторы считают, что в лечении остеоартрита помогут стволовые клетки пациента, а возвращение артрита предотвратит генная терапия.

Речь идет о выращивании хряща из собственных стволовых клеток, извлекаемых из жира, находящегося под кожей. Затем новый выращенный хрящ покроет 3D синтетический каркас, который может быть отлит в точности в соответствии с формой тазобедренного сустава пациента.

Каркас, покрытый хрящом, далее имплантируется на поверхность поврежденного тазобедренного сустава пациента. После того, как структура приживется, сустав сможет функционировать нормально. Процедура облегчит боль, вызванную артритом, а для некоторых пациентов сможет отсрочить или предотвратить проведение операции по замене тазобедренного сустава.

Каркас был создан из 600 биоразлагаемых волокон, сплетенных между собой в прочную ткань, которая обладала способностью работать, как нормальный хрящ. В качестве доказательства функциональности сплетенных имплантов их проверили на прочность. Оказалось, что они способны выдерживать нагрузку в 10 раз превышающую массу тела пациента. Эта нагрузка примерно равна той, что испытывают суставы во время тренировок.

Дополнительно авторы предлагают использовать генную терапию для предотвращения развития артрита. Для этого планируется вводить специальный ген во вновь выращенный хрящ. Этот ген сможет вызывать высвобождение противовоспалительных молекул, тем самым риск повторного возникновения воспаления в суставе значительно снизится.

Авторы поясняют, что при наличии воспаления врачи смогут дать пациенту простой препарат, который активирует имплантированный ранее ген, и это поможет снизить воспаление в суставе. При необходимости можно в любое время прекратить давать препарат, который включает ген. Генная терапия является ключевым фактором в предотвращении артрита. Повышение уровней воспалительных молекул в суставе может увеличить интенсивность боли и ускорить повреждение хряща. Снизив уровни этих воспалительных молекул, удастся защитить вновь выращенный хрящ и способствовать долгому сроку службы.

Авторы полагают, что новый имплант сможет в один прекрасный день стать альтернативой эндопротезированию тазобедренного сустава для миллионов людей, живущих с остеоартритом, особенно для более молодых пациентов в возрасте от 45 до 65 лет. Именно молодые пациенты в будущем смогут быть идеальными кандидатами для проведения процедур по биологической замене тазобедренного сустава с применением стволовых клеток.

В настоящее время импланты проходят испытания на животных моделях. Если эти испытания будут успешными, то в ближайшие 3-5 лет ученые приступят к тестированию имплантов с участием людей.

Согласно данным статистики, артроз является наиболее распространенной формой артрита. В течение 2008-2011 гг. в США был диагностирован остеоартрит у 30,8 млн. жителей. В 2011 году остеоартрит являлся основной причиной для проведения операций по замене тазобедренного сустава в США (80%).

Патология поражает преимущественно лиц пожилого возраста. По статистике, артроз выявляют у 80% людей старше 75 лет. Чаще выявляют у мужчин и женщин моложе 45 лет. Такое положение вещей вынуждает ученых искать альтернативные методы лечения ОА, позволяющие побороть его без травматичного хирургического вмешательства.

Здоровая хрящевая ткань в сравнении с дегенеративно измененной головкой бедренной кости.

Для остеоартроза характерно поражение крупных суставов, сопровождающееся разрушением внутрисуставных хрящей. Из-за нарушения кровоснабжения и обмена веществ хрящевая ткань отекает и теряет эластичность, что приводит к развитию деструктивных процессов. Со временем хрящи изнашиваются и истончаются. В дальнейшем генеративные процессы распространяются на эпифизы костей, участвующих в формировании сустава.

Так выглядит хрящ коленного сустава при остеоартрозе.

В настоящее время ученые из разных стран проводят исследования, главная цель которых – научиться восстанавливать нормальную структуру суставных хрящей. К сожалению, им еще не удалось разработать универсального метода, позволяющего победить ОА без операции.

Факт! На сегодня эндопротезирование является единственным радикальным методом лечения деформирующего ОА. Все остальные методики позволяют лишь замедлить развитие болезни и улучшить самочувствие пациента.

Клеточная и тканевая инженерия

Данные направления медицины занимаются изучением проблем регенерации хрящевой ткани. Суставные хрящи пробуют восстановить с помощью клеточно- и тканеинженерных конструкций (КИК и ТИК). Эти два подхода имеют одну и ту же цель – заместить разрушенные фрагменты хрящей нормальной, полноценной тканью.

Не путайте инженерию с трансплантацией. Это два совершенно разные понятия. Запомните, что аутотрансплантация собственных тканей или жидкостей не является методом клеточной или тканевой инженерии. Об этих методиках речь идет лишь в случае применения искусственно синтезированных или культивируемых биоматериалов.

Биомедицинские клеточные продукты для регенерации хрящевой ткани

В наше время в клиническую практику постепенно внедряются биомедицинские клеточные продукты, содержащие аутологичные (то есть принадлежащие самому человеку) хондроциты. Одни лекарства представляют собой чистый субстрат этих клеток, другие содержат еще и биодеградируемый носитель (матрикс, скаффолд).

Факт! Ученые считают, что для культивирования лучше всего использовать хрящевые клетки носовой перегородки. Они обладают достаточно высоким потенциалом для дифференциации, а получить их совсем несложно.

Таблица 1. Средства для восстановления хрящевой ткани.

Помимо перечисленных в таблице существует множество других продуктов клеточной инженерии (Chondrogen, MACI, ChondroCelect и т.д.), которые теоретически можно использовать для восстановления поврежденных хрящей. К сожалению, все они пока что проходят разные фазы клинических испытаний. Это значит, что в практической медицине они начнут применяться как минимум через несколько лет.

Создание искусственных хрящей

Не так давно ученые были уверены, что суставной хрящ окажется одной из первых искусственных тканей. Однако в процессе его создания разработчики столкнулись с целым рядом трудностей. Как выяснилось, скопировать структуру и биомеханические свойства хрящевой ткани крайне трудно, практически невозможно.

В наши дни все еще продолжается работа над созданием искусственных хрящей, которые в точности повторяли бы структуру естественных. Пока что данное направление инженерии считается наиболее перспективным. Вполне возможно, что создание качественных ТИК вскоре станет настоящим прорывом в лечении деформирующего артроза.

Методы клеточной и тканевой инженерии пока что находятся на стадиях разработки и внедрения в клиническую практику. Они выглядят довольно перспективно, но пока что не могут полностью заменить эндопротезирование. Однако существует высокая вероятность того, что уже через несколько десятилетий от артроза можно будет избавиться с помощью нескольких уколов.

Методы аутотрансплантации

Аутологичная трансплантация – это использование собственных тканей и жидкостей пациента для введения в суставную полость. В наши дни с этой целью применяют хондроциты, клетки-предшественницы из надкостницы и надхрящницы, обогащенную тромбоцитами плазму (ОТП), мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки (ММСК).

На начальных стадиях болезнь не диагностируется, так как не бывает жалоб, все проходит бессимптомно.

Восстановление хрящевых тканей эффективно только на начальных стадиях остеоартроза, когда в патологический процесс еще не вовлечены кости. К сожалению, методики инженерии и аутотрансплантации пока что не позволяют устранить дефекты костной ткани. Человеку с III-IV стадией ОА может помочь только эндопротезирование.

Обогащенная тромбоцитами плазма

Известно, что тромбоциты содержат факторы роста и вещества, которые являются потенциальными хондропротекторными агентами. Следовательно, ОТП можно с успехом использовать для стимуляции регенеративных процессов в суставных хрящах. Отметим, что хорошего эффекта от лечения можно добиться лишь с помощью плазмы, содержащей не менее 1000 000 тромбоцитов в 1 мкл.

ОТП добывают путем двухступенчатого центрифугирования венозной крови. Полученный материал вводят в количестве 5 мл трижды с интервалом в 2-3 дня. Будучи абсолютно безопасной, данная методика позволяет улучшить функциональное состояние сустава и повысить качество жизни пациента. Отметим, что применение обогащенной тромбоцитами плазмы более эффективно у молодых пациентов с незначительными дегенеративными изменениями суставов.

Стромально-васкулярная фракция жировой ткани

В наше время в регенеративной медицине используются ММСК, полученные из костного мозга и жировой ткани. Причем применение последних является более оправданным ввиду их несложного получения, высокого пролиферативного потенциала и низкого коэффициента старения. Отметим, что из эквивалентного количества жировой ткани можно получить в 1000 раз больше мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток.

Стромаваскулярной фракцией (СВФ) называют совокупность всех ядерсодержащих клеток (в том числе и ММСК), которые можно добыть из подкожного жира путем ферментативного расщепления. Данная субстанция обладает выраженным регенерирующим, противовоспалительным, антисептическим и иммуномодулирующим действием. По мнению многих ученых, СВФ жировой ткани обладает массой преимуществ по сравнению с методами клеточной инженерии и культивированием ММСК.

Факт! Для приготовления СВФ не нужно культивирование, которое может осложниться микробной контаминацией, генетической трансформацией или спонтанной дифференцировкой. Это делает стромально-васкулярную фракцию более привлекательным продуктом для применения в клинической практике.

Синовиальное протезирование

Как известно, при остеоартрозе нарушается качественный состав, вязкость и упругость внутрисуставной жидкости, что ведет к постепенному разрушению хрящей. Исправить эту ситуацию можно путем внутрисуставного введения протеза синовиальной жидкости – очищенного гиалуроната натрия с хорошими вязкоупругими свойствами.

Доказано, что инъекции гиалуроновой кислоты позволяют замедлить развитие артроза и восстановить функции сустава. Отметим, что метод практически бесполезен на ІІІ и ІV стадиях ОА, сопровождающихся выраженными деструктивными изменениями костей. С его помощью можно лишь временно облегчить боль и улучшить самочувствие. К сожалению, вскоре неприятные симптомы возвращаются вновь.

Не так давно ученые выяснили, что эффективность синовиального протезирования можно повысить с помощью простых и доступных методов. К примеру, периартикулярные инъекции ферментных препаратов (Лидаза, Ронидаза, Лонгидаза) и мануальная терапия помогают добиться более удовлетворительных результатов, чем монотерапия препаратами гиалуроновой кислоты. Отметим, что выполнение инъекций под УЗ-контролем делает процедуры менее опасными.

Таблица 2. Наиболее популярные протезы синовиальной жидкости.

Препарат	Производитель	Описание
Ферматрон	Хайэлтек, Великобритания	Выпускается в специальных шприцах для внутрисуставных инъекций. Лекарство вводится в синовиальную полость 1 раз в 7 дней. Чтобы добиться заментых результатов, требуется 2-3 укола. Стоимость разовой дозы Ферматрона – 4100 рублей.
Остенил	Хемедика, Германия	Препарат выпускается в готовых для использования шприцах. Вводится раз в 14 дней. Курс лечения может состоять из 2-3 инъекций. Одна упаковка лекарства стоит 3650 рублей.
Синокром	Крома Фарма, Германия	Вводится в синовиальную полость в асептических условиях. Курс лечения Синокромом обычно состоит из 4-5 инъекций, выполненных с интервалом в 1 неделю. Цена одного шприца – 4200 рублей.
Суплазин	Бионик Тео, Ирландия	Выпускается в разных дозировках. Вводится 1 раз в неделю. Продолжительность лечения зависит от тяжести заболевания. Как правило, пациента лечат 3-6 недель. Ориентировочная стоимость 1 инъекции – 3450 рублей.
Синвиск	Джензайм Европа Б.В,США	Протез выпускается в упаковках по 3 и 6 шт. Вводится с интервалом в 1 неделю. Чтобы получить хороший эффект, нужно сделать как минимум три инъекции. Одна упаковка Синвиска стоит 24 700 рублей.

В 2007 году американские ученые выяснили, что некоторые группы хондропротекторов влияют на хондроциты и их предшественники – мезенхимальные стволовые клетки. Однако многие врачи и ученые ставят под сомнение эффективность хондропротекторов в лечении остеоартроза. Наиболее распространенным является мнение, что эти препараты замедляют разрушение хрящей, но НЕ восстанавливают имеющиеся дефекты.