CC BY
29
УДК 615.461: 616.71-089.844
В. С. Толстоухов
БАРЬЕРНАЯ МЕМБРАНА НА ОСНОВЕ КЕРАТИНОВЫХ ВОЛОКОН
Аннотация. Проведено экспериментальное исследование по изучению поведения барьерной мембраны на основе кератиновых волокон животного происхождения в живом организме. Пластина на основе кератина имплантировалась 20 лабораторным крысам породы «Вистар» под кожу в область живота. Выведение животных из эксперимента на 14, 21, 30-е сутки. По результатам гистологического исследования материал проявляет биоинертные свойства, не вызывает выраженных воспалительных реакций, не подвергается биорезорбции, обладает барьерными функциями по отношению к инфекционным процессам.
Ключевые слова: барьерная мембрана, кератин, направленная костная регенерация.
Все чаще и чаще материалы животного происхождения находят свое применение в различных областях медицины. Объясняется данный факт тем, что они обладают высоким сродством к тканям человека и в большой степени доступны. Одним из самых распространенных видов ксеноматериалов являются барьерные мембраны [1—5]. Используются они главным образом при остеопластических операциях в качестве пластин, отграничивающих область костного дефекта от окружающих тканей, способствуя тем самым сохранению объема кости в зоне повреждения, а также препятствуя развитию воспалительных процессов [6-9]. Мембраны для направленной регенерации костной ткани -так же, как и все биоимпланты - должны обладать рядом свойств: не вызывать реакций воспаления, образования рубцовой ткани, кальцификации; быть биосовместимыми с органами и тканями реципиента. Одним из ведущих материалов, из которого изготавливаются подобные пластины, является коллаген. Его получают путем обработки таких тканей животных, как твердая мозговая оболочка, телячий и свиной перикард, подслизистая основа тонкой кишки свиньи, надкостница, дерма [10-14]. Неоспоримым преимуществом данных имплантатов является способность к биорезорбции, что позволяет использовать их в качестве постоянного протеза без последующего удаления. Но при этом риск возникновения отторжения у подобных пластин достаточно велик: каждая из вышеперечисленных тканей имеет в своей структуре достаточное количество клеточных элементов, так что приходится прибегать к обработке. Целью любого способа обработки является удаление из ткани клеток и белковых структур, способных спровоцировать иммунный ответ в организме реципиента [10, 11, 14]. При этом чаще всего используются ферменты и ряд других агрессивных веществ, которые с определенной долей вероятности могут быть не до конца удалены из мембраны ввиду недостаточного качества обработки. Зачастую именно этот фактор и приводит к развитию осложнений после имплантации, проявляющихся в виде образования гнойно-воспалительных процессов, абсцессов, флегмон, остеомиелитов, свищей.
Вышеназванные причины и способствовали разработке принципиально новых барьерных мембран на основе кератиновых волокон. Материалом для их изготовления послужил кератин птиц, основным преимуществом которого перед существующими конкурентными материалами является более высокая степень биосовместимости за счет полного отсутствия в структуре клеточных элементов без предшествующей обработки. Этот факт неоспоримо снижает возможный риск образования осложнений после имплантации. При этом свойства материала, толщина, эластичность, устойчивость в условиях выраженного воспалительного процесса в полной мере позволяют использовать его в качестве барьерной мембраны.
Цель исследования
Изучить возможность использования пластины на основе кератиновых волокон в качестве барьерной мембраны.
Материал и методы
Экспериментальное исследование было осуществлено на базе центра доклинических исследований группы компаний «МедИнж» (г. Пенза). Исследование проводилось на 20 половозрелых крысах породы «Вистар» весом 200-250 г. Неиммуногенная мембрана на основе кератина птиц (рис. 1), представляющая собой эластичную, непрозрачную мембрану толщиной 0,1 мм, размером 15x15 мм без клеточных элементов, имплантировалась лабораторным животным. В асептических условиях под эфирным наркозом производился разрез в области средней трети живота; материал устанавливался под кожу крысы латеральнее места доступа.
/ л / л i ^
' /
л л. Ч N • S
- ' — ' V/ V
Рис. 1. Пластина на основе кератина, неиммуногенная, толщина 0,1 мм
Первой группе животных, представленной 15 крысами (по 5 на каждый срок вывода) устанавливался материал, предварительно прошедший стерилизацию путем длительного выдерживания в спиртах. Во избежание лигатурных осложнений материал не подшивался к окружающим тканям, находясь в расправленном состоянии между кожей и передней брюшной стенкой на момент ушивания раны.
Второй группе крыс, состоящей из пяти особей, имплантировался материал, не подвергавшийся никакой стерилизации с целью изучения поведения материала в условиях выраженного воспалительного процесса, определения его устойчивости по отношению к воспалительным агентам. Также при установке пластины сворачивались с целью создания благоприятных условий для развития иммунного ответа.
Экспериментальные животные содержались в виварии, выводились из эксперимента на 14-е, 21-е, 30-е сутки путем усыпления животного до полного обездвиживания и де-капитации. Для гистологического исследования выполнялся забор материала с прилежащими мягкими тканями. Полученные фрагменты тканей подвергались стандартной проводке с последующей заливкой в парафиновые блоки. С каждого блока получали по 5 микропрепаратов толщиной 6 мкм. Окраска производилась гематоксилином, эозином и по Ван-Гизону. Исследование микропрепаратов осуществлялось при помощи микроскопа ЛомоМикмед (версия 6, вар. 7), снабженного промышленной фотонасадкой Sony с разрешением 12 мегапикселей.
Результаты исследования и их обсуждение
При заборе материала во время патологического исследования контуры пластины визуально различимы на всех сроках вывода, материал не резорбируется. У первой груп-
пы экспериментальных животных в зоне имплантации не наблюдается воспалительных процессов, образования пролежней, язв или свищей. Мембрана плотно окружена собственной соединительной тканью. По результатам гистологического исследования пластина на основе кератиновых волокон не провоцирует выраженного воспалительного процесса в прилежащих тканях, на ранних сроках вывода наблюдается незначительная нейтрофильная инфильтрация, характерная для послеоперационного периода. Также в области имплантации отмечается достаточно интенсивный неоангиогенез (рис. 2), причем новообразованные сосуды локализуются в непосредственной близости от импланта, что свидетельствует о высокой степени биосовместимости. Процессы биорезорбции даже на поздних сроках вывода выражены слабо, что позволяет сделать вывод о том, что материал может выполнять свои функции в качестве барьерной мембраны в течение длительных промежутков времени без потери своих механических свойств. Характерной особенностью данной пластины является то, что после имплантации она окружается слоем соединительной ткани толщиной в несколько клеток (рис. 3). Процессы биоинтеграции проявляются только с шероховатой стороны пластины; собственная соединительная ткань прорастает между кератиновыми волокнами имплантата, способствуя фиксации материала в окружающих тканях, что позволит достичь наибольшей герметичности костного дефекта в аспекте использования данной пластины в качестве барьерной мембраны при остеопластических операциях. В некоторых случаях процессы интеграции выражены в большей степени, отмечается миграция фибробластов в толщу имплантата и более выражено прорастание волокон.
Рис. 2. Кератиновая пластина, срок имплантации 30 суток. Окраска по Ван-Гизону, хюо. Активный неоангиогенез в зоне имплантации
Рис. 3. Кератиновая пластина, срок имплантации 21 сутки. Окраска гематоксилином и эозином, х200. Биоинтеграция без выраженного иммунного ответа
Во второй группе экспериментальных животных (вывод из эксперимента на 21-е сутки), где материал не подвергался стерилизации, в трех из пяти случаев наблюдалось образование абсцесса в области имплантации. Гнойный инфильтрат локализовался в полости, образованной при установке пластины (материал сворачивался на этапе имплантации). Таким образом, был получен локализованный воспалительный процесс, отгороженный от окружающих тканей барьерной мембраной (рис. 4).
Рис. 4. Фрагмент кожи с прилежащими мягкими тканями с имплантированной кератиновой мембраной. Имитированный очаг воспаления в виде абсцесса. Срок имплантации 21 сутки
Барьерная мембрана препятствует распространению воспалительного процесса. По результатам гистологического исследования пластина не подвергается гнойному расплавлению, лишь на треть пропитывается инфильтратом, препятствуя образованию разлитого процесса, локализуя очаг. Структура волокон сохраняется более чем на 80 %. Воспалительные процессы в прилежащих тканях выражены слабо, что свидетельствует о том, что материал пригоден для использования в качестве барьерной мембраны (рис. 5, 6).
Рис. 5. Кератиновая пластина, срок имплантации 21 сутки. Окраска по Ван-Гизону, х100. Имплант в условиях воспалительного процесса
>. '.i J ,'J . у.■■ -. ' . V - ■' wA.-
■ w ' 'Г ' v Г ft . ; V 'Z^r, • • if iЖ s * •<
Ж - ■ •
Рис. 6. Кератиновая пластина, срок имплантации 21 сутки.
Окраска гематоксилином и эозином, х200
По результатам проведенных предварительных исследований пластина на основе кератиновых волокон животного происхождения не вызывает воспалительных процессов или иных осложнений и обладает высокой степенью биосовместимости преимущественно за счет того, что не содержит в себе клеточных элементов или сторонних белковых структур, способных вызвать иммунный ответ. Исследуемый имплантат способен выполнять барьерные функции, препятствуя распространению воспалительного процесса и сохраняя при этом целостность и механические свойства своих структур. Мембрана способна длительное время выполнять свои функции, не подвержена биорезорбции. Не нуждается в удалении после имплантации за счет своей биоинертности, структуры и толщины. Не травмирует окружающие ткани. Обладает низкой себестоимостью, что делает ее доступной при выполнении рядовых операций.
Таким образом, пластина на основе кератина обладает необходимыми качествами для того, чтобы использоваться в роли барьерной мембраны при остеопластических операциях в ортопедии, травматологии и стоматологической хирургии.
Библиографический список
1. Оценка возможности применения стенки плавательного пузыря пресноводных рыб в качестве биоимпланта / Д. В. Никишин, О. В. Калмин, А. В. Баулин, В. С. Толстоухов, Ю. А. Юди-чева // Крымский журнал экспериментальной клинической медицины. - 2016. - Т. 6, № 3. -С. 90-95.
2. Никишин, Д. В. Оценка эффективности применения ксеноперикардиальной пластины «КАРДИОПЛАНТ» в качестве резорбируемой мембраны / Д. В. Никишин, О. В. Калмин, Д. В. Вихрев, Ю. М. Володина // Современные проблемы отечественной медико-биологической и фармацевтической промышленности. Развитие инновационного и кадрового потенциала Пензенской области : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. [электронное научн. издание]. - ФГУП НТЦ «Информрегистр», Депозитарий электронных изданий. -2013. - С. 63-68.
3. Калмин, О. В. Экспериментальное исследование применения мембраны «Кардиоплант» при направленной костной регенерации / О. В. Калмин, Д. В. Никишин // Астраханский медицинский журнал. - 2012. - Т. 7, № 4. - С. 132-134.
4. Kalmin, O. V. Osteoanagenesis features under the application of «CARDIOPLANT» membrane / O. V. Kalmin, D. V. Nikishin // International congress Euromedica. - Hannover, 2012. - P. 116-117.
5. Экспериментальное исследование возможности применения стенки плавательного пузыря рыб в качестве биоимпланта / Д. В. Никишин, О. В. Калмин, В. С. Толстоухов, А. В. Баулин, И. В. Бочкарева // Бюллетень медицинских интернет-конференций. - 2016. - Т. 6, № 12. -С. 1681-1685.
6. Калмин, О. В. Морфологические изменения костной ткани вокруг титанового имплантата, подвергшегося микродуговому оксидированию в щелочных электролитах, с использованием «КоллапАн-гель» и без него / О. В. Калмин, М. А. Розен, Д. В. Никишин // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2013. - Т. 9, № 4. - С. 624-628.
7. Никишин, Д. В. Эффективность применения ксеноперикардиальной пластины «Кардио-плант» в качестве резорбируемой мембраны при закрытии дефектов костной ткани / Д. В. Никишин, Д. В. Вихрев, А. А. Венедиктов, Л. В. Живаева // Инновационные имплантаты в хирургии : сб. тр. - М. : НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 2014. - Ч. 3. - С. 172-177.
8. Остеопластический материал на основе ксеногенного деминерализованного костного мат-рикса и рекомбинантного белкового остеоиндуктора (гИВМР-2) (доклиническая оценка в модельных исследованиях «шу1уо») / С. П. Миронов, Н. А. Еськин, С. В. Евдокимов, В. В. Зайцев, Р. С. Есипов, В. Н. Степаненко, А. К. Ярославцева, О. В. Калмин, Д. В. Никишин, М. Г. Васильев, Ю. С. Лукина, А. А. Венедиктов, Д. В. Смоленцев // Инновационные имплантаты в хирургии : сб. тр. - М. : НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 2014. - Ч. 3. - С. 289-300.
9. Ведяева, А. П. Эффективность применения биорезорбируемой коллагеновой мембраны в комбинации с хитозаном для восстановления костной ткани (экспериментальное исследование) / А. П. Ведяева, П. В. Иванов, Н. В. Булкина, Д. В. Никишин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2015. - № 3. - С. 50-61.
10. Толстоухов, В. С. Разработка инновационного метода децеллюляции ксенотрансплантатов без применения ферментов / В. С. Толстоухов, Д. В. Никишин // Медицинская весна-2016 : сб. материалов Всерос. науч.-практ. студенч. конф. с междунар. участием. - М. : Издательство Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова, 2016. - С. 711-712.
11. Получение децеллюляризованного внеклеточного коллагенового матрикса на основе модифицированной подслизистой оболочки тонкой кишки / Л. В. Живаева, А. А. Венедиктов, С. В. Евдокимов, Д. В. Никишин, В. К. Фуки // Инновационные имплантаты в хирургии : сб. тр. - М. : НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 2014. - Ч. 3. - С. 269-272.
12. Зиновьев, П. Д. Экспериментальная модель пластики твердой мозговой оболочки ксенопери-кардиальным эндопротезом «Кардиоплант» / П. Д. Зиновьев, А. В. Баулин, А. А. Венедиктов, Д. В. Никишин // Актуальные вопросы современного практического здравоохранения : ХХ науч. чтения памяти академика Н. Н. Бурденко. - Пенза, 2014. - С. 83-87.
13. Никишин, Д. В. Экспериментальное исследование эффективности применения ксеноперикардиальной пластины / Д. В. Никишин // Тез. XVIII Междунар. медико-биологич. конф. молодых исслед., посвящ. двадцатилетию медицинского факультета СПбГУ. — СПб. : Изд-во СПбГУ, 2015. — С. 72—73.
14. Никишин, Д. В. Изучение реакции твердой мозговой оболочки на имплантацию лиофилизи-рованного ксеноперикарда / Д. В. Никишин, А. А. Венедиктов, Л. В. Живаева // Тез. XVIII Междунар. медико-биологич. конф. молодых исслед., посвящ. двадцатилетию медицинского факультета СПбГУ. — СПб. : Изд-во СПбГУ, 2015. — С. 73—74.
Толстоухов Владислав Сергеевич
студент,
Пензенский государственный университет E-mail: tolstoukhows@gmail.com
УДК 615.461: 616.71-089.844 Толстоухов, В. С.
Барьерная мембрана на основе кератиновых волокон / В. С. Толстоухов // Вестник Пензенского государственного университета. - 2017. - № 1 (17). - C. 59-64.
