CC BY
9
Российский медико-биологический вестник
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Том 30, № 2, 2022 имени академика И. П. Павлова
УДК 616.717/.718-089.844
001: https://doi.org/10.17816/PAVLOVJ100480
Безопасность и эффективность использования трубчатого аллотрансплантата при замещении крупных дефектов биэпифизарных костей в эксперименте
А. Н . Дьячков, Н . С . Мигалкин, М . В . Стоговн, Ю . П . Солдатов, О . В . Дюрягина, Н . В . Тушина
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г А. Илизарова, Курган, Российская Федерация
АННОТАЦИЯ
Обоснование. Замещение крупных дефектов длинных трубчатых костей до настоящего времени является одной из самых актуальных проблем травматологии и ортопедии .
Цель. Оценка эффективности и безопасности технологии замещения крупных дефектов длинных биэпифизарных костей, включающая применение трубчатых костных аллотрансплантатов для отграничения полости дефекта от окружающих тканей в условиях фиксации фрагментов кости аппаратом внешней фиксации .
Материалы и методы. Выполнены эксперименты на 14 взрослых беспородных собаках обоего пола в возрасте 1-2 года . Трубчатым аллотрансплантатом отграничивали от окружающих тканей сформированный дефект берцовых костей длиной 1,5 диаметра большеберцовой кости . Фрагменты кости фиксировали с помощью адаптированной для экспериментов на собаках модели аппарата Илизарова . Максимальный срок наблюдения за животными составил 2 года после операции . В динамике эксперимента выполняли прижизненные наблюдения, рентгенологическое исследование, лабораторный контроль. После эвтаназии проводили гистологическое исследование зоны имплантации
Результаты. Обнаружено, что первые визуальные признаки перестройки трансплантатов выявлялись с 35 суток после имплантации Полноценное формирование костного регенерата в зоне сформированного дефекта происходило в течение 3-х месяцев после операции . Это позволило через 3 месяца после операции демонтировать аппарат внешней фиксации Перестройка новообразованного участка кости продолжалась в течение двух лет после операции . Существенных изменений лабораторных показателей в динамике эксперимента не наблюдалось . Изменений, которые можно было бы оценить как отрицательные явления, не было зарегистрировано . Серьезных нежелательных событий также не зарегистрировано .
Заключение. Изученная технология замещения крупных дефектов длинных биэпифизарных костей продемонстрировала безопасность и достаточную эффективность в плане скорости замещения дефекта и качества образуемой кости
Ключевые слова: дефект кости; трубчатый аллотрансплантат; внешняя фиксация; эксперимент Для цитирования:
Дьячков А.Н., Мигалкин Н.С., Стогов М.В., Солдатов Ю.П., Дюрягина О.В., Тушина Н.В. Безопасность и эффективность использования трубчатого аллотрансплантата при замещении крупных дефектов биэпифизарных костей в эксперименте // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2022. Т. 30, № 2. С. 139-148. 001: https://doi.org/10.17816/PAVL0VJ100480
Рукопись получена: 10. 02. 2022 Рукопись одобрена: 09 . 03 . 2022 Опубликована: 30. 06. 2022
© Эко-Вектор, 2022 Все права защищены
Э К О »^^^Т О Р
ORIGINAL STUDY ARTICLES 140 -
DOI: https://doi.org/10.17816/PAVLOVJ100480
Safety and Effectiveness of Using Double-Ended Allograft in the Repair of Large Defects of Bi-Epiphyseal Bones in Experiment
Aleksandr N . D'yachkov, Nikolay S . Migalkin, Maksim V . StogovH, Yuriy P . Soldatov, Ol'ga V . Dyuryagina, Natal'ya V. Tushina
Ilizarov' National Medical Research Centre for Traumatology and Orthopedics of the Ministry of Health of Russia, Kurgan, Russian Federation
ABSTRACT
BACKGROUND: The repair of large defects in the long bones remains one of the most pressing problems in traumatology and orthopedics .
AIM: To evaluate the effectiveness and technological safety of the repair of large defects of the long bi-epiphyseal bones including the use of double-ended bone allografts to demarcate the defect cavity from the surrounding tissues and fixation of bone fragments using an external fixation device .
MATERIALS AND METHODS: Experiments were conducted on 14 adult nonpedigree male and female dogs aged 1-2 years . The double-ended allograft was used to demarcate the formed defect of the tibial bones at 1. 5 diameter length of the shinbone . The bone fragments were fixed with Ilizarov apparatus adapted for experiments on dogs . The maximal follow-up period was 2 years after the surgery. In the dynamics of the experiment, life-time observations, X-ray examination, and laboratory control were conducted . After euthanasia, the implantation zone was examined histologically.
RESULTS: The visual signs of the restructure of the transplants were identified starting from day 35 after surgery. The bone regenerates in the defect zone completely formed within 3 months after the surgery. This permitted the removal of the external fixation apparatus in 3 months after the surgery. The restructuring of the newly formed part of the bone continued for 2 years after the operation . No significant changes in the laboratory parameters in the dynamics of the experiment were observed . No changes could be evaluated as negative phenomena . No serious unwanted events were recorded either
CONCLUSION: The proposed technique for the repair of large defects of long bi-epiphyseal bones demonstrated safety and sufficient effectiveness in the speed of regeneration of the defect and quality of the bones formed .
Keywords: bone defect; double-ended allograft; external fixation; experiment For citation:
D'yachkov AN, Migalkin NS, Stogov MV, Soldatov YuP, Dyuryagina OV, Tushina NV. Safety and Effectiveness of Using Double-Ended Allograft in the Repair of Large Defects of Bi-Epiphyseal Bones in Experiment. I.P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2022;30(2): 139— 148. DOI: https://doi.org/10.17816/PAVL0VJ100480
Received: 10 . 02 . 2022 Accepted: 09 . 03 . 2022 Published: 30. 06. 2022
© Eco-Vector, 2022 All rights reserved
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АЛТ — аланинаминотрансфераза АСТ — аспартатаминотрансфераза ПЯН — палочкоядерные нейтрофилы СЯН — сегментоядерные нейтрофилы
ОБОСНОВАНИЕ
Разработка технологий устранения крупных дефектов длинных трубчатых костей, увеличение числа которых в значительной степени вызвано ростом травматизма, локальных военных конфликтов и природных катаклизмов, до настоящего времени является актуальной проблемой травматологии и ортопедии [1, 2] . Лечение пострадавших с такой патологией в большинстве случаев малоэффективно, затягивается на долгие годы, а инвалидность превышает 50% [3] .
На сегодняшний момент в этом направлении активно разрабатываются как технологии без применения [4-6], так и с использование имплантатов естественного и искусственного происхождения [7-9] . Наиболее перспективным выглядит комбинация технологий, включающая применение имплантатов с параллельным использованием различных вариантов стабилизации отломков [10, 11] . Это связано с тем, что эффективность применения имплантатов для заживления крупных дефектов длинных трубчатых костей лимитирована в связи с их биомеханическими характеристиками и недостаточно активным или, наоборот, избыточно активным замещением имплантата нативной костью [12-14] .
Для решения проблем замещения длинных трубчатых костей достаточно интересной выглядит технология, когда имплантат используется для отграничения области костных дефектов от окружающих тканей, способствуя полноценной репаративной регенерации кости в зоне дефекта за счет предотвращения эффекта «удушения» регенерата мягкими тканями [15] . В этом направлении нами предложена комбинированная технология замещения крупных дефектов длинных биэпифизарных костей, включающая применение тонкостенных костных трубчатых аллотрансплантатов для изоляции полости дефекта в условиях фиксации фрагментов кости аппаратом внешней фиксации
Цель — оценка эффективности и безопасности технологии замещения крупных дефектов длинных биэ-пифизарных костей, включающая применение трубчатых аллотрансплантатов для отграничения полости дефекта от окружающих тканей в условиях фиксации фрагментов кости аппаратом внешней фиксации .
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
На базе Национального медицинского исследовательского центра травматологии и ортопедии имени
академика Г. А. Илизарова выполнены эксперименты на 14 взрослых беспородных собаках обоего пола в возрасте 1-2 года со средней массой 15,5 ± 3,3 кг и длиной голени 12-14 см. На проведение исследования было получено одобрение Локального этического комитета при Национальном медицинском исследовательском центре травматологии и ортопедии имени академика Г А . Илизарова (Протокол № 2 (57) от 17 . 05 . 2018) .
Регулирующие стандарты. Исследование выполнено в соответствии с ГОСТом 33215-2014 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными Правила оборудования помещений и организации процедур»; ГОСТом 33217-2014 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными . Правила содержания и ухода за лабораторными хищными млекопитающими» .
Этические принципы. Исследование выполнено при соблюдении принципов гуманного обращения с лабораторными животными в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей, и Директивой 2010/63/Еи Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22 . 09 . 2010 по охране животных, используемых в научных целях
Заготовка, хранение и предоперационная обработка трубчатого алломатериала. Материал получали путем заготовки фрагментов большеберцовой кости взрослых беспородных собак в возрасте 1-2 года, выводимых из ранее выполненных экспериментов (на момент начала эксперимента количество образцов костного банка составило 25) Для изготовления трубчатых аллотрансплантатов использовали диафизы больше-берцовой кости, длина которых равнялась 1,5 диаметра большеберцовой кости . Фрагменты после механической обработки (очистка от мягких тканей, удаление содержимого костномозгового канала при помощи рассверливания) помещали в 10% водный раствор формалина . Через 30 дней консервации материал переносили в 1% водный раствор формалина и хранили при температуре 4-8°С . Спустя неделю материал был готов к применению (срок хранения готового материала, по нашим оценкам, составляет около двух лет) . Перед имплантацией материал в операционной отмывали от остатков формалина в 10-кратном объеме физиологического раствора в трех промывочных растворах.
Экспериментальная модель. Оперативное вмешательство выполняли в условиях операционной
под общим обезболиванием . В качестве премедикации использовали растворы дифенгидрамина 1% (Димедрол®, 0,02 мг/кг), атропина сульфата 0,1% (0,02 мг/кг), дроперидола 1% (0,5 мг/кг) и ксилазин 2% (Рометар®, 1 мг/кг) . Для наркоза применяли 5% раствор тиопентала натрия (10 мг/кг) . Первоначально выполняли внешнюю фиксацию большеберцовой кости аппаратом Илизарова, состоящего из четырех опор (Патент Российской Федерации № 2242943) . Затем на уровне средней трети сегмента резецировали участок диафиза, длина которого равнялась 1,5 диаметра большеберцовой кости . Участок аналогичной длины резецировали на диафизе малоберцовой кости . Далее между проксимальным и дисталь-ным фрагментами кости устанавливали трубчатый алло-трансплантат таким образом, чтобы концы фрагментов были погружены в него не менее, чем на 3 мм Имплан-тат подбирали заранее по дооперационным рентгенограммам с тем расчетом, чтобы его высота превышала высоту планируемого дефекта на 6-10 мм, при этом его внутренний диаметр несколько превышал наружный диаметр большеберцовой кости в средней трети. Дополнительной фиксации трансплантата не проводили . Операцию заканчивали послойным ушиванием операционной раны узловыми швами нитью Викрил 3/0
Послеоперационное наблюдение и содержание животных. В первые трое суток после операции всем животным назначали антибиотики (группа пенициллинов) и нестероидное противовоспалительное средство (кето-профен 2 мг/кг, один раз в день) . Антисептическую отработку мест входа и выхода спиц проводили 1 % спиртовым раствором хлоргексидина биглюконата в течение всего периода фиксации . Животные содержались в виварии исследовательского центра, в боксах по одному. Влажную уборку клеток осуществляли ежедневно . Корм давали два раза в день (стандартный рацион вивария), питьевую воду без ограничений . Перед поступлением в эксперимент животные проходили карантин в течение 30 суток
Аппарат внешней фиксации снимали при рентгенологически определяемом костном сращении и отсутствии патологической подвижности при клинической пробе (в срок 3 месяца после операции) . Все манипуляции с животными, связанные с болью и стрессом (рентгенография, демонтаж аппарата внешней фиксации), выполняли под премедикацией (дифенгидрамин 1%, 0,02 мг/кг; ксилазин 2%, 1 мг/кг) . Эвтаназию животных осуществляли путем введения летальных доз барбитуратов после предварительной премедикации .
В послеоперационном периоде выполняли комплекс исследований: прижизненные наблюдения, рентгенологическое исследование, лабораторный контроль . После эвтаназии на 28, 60, 90, 180, 270 сутки после операции, а также через 1, 2 года (по два животных на каждый срок) выполняли гистологические исследования
Группу сравнения (контроля) не формировали, т . к . сравниваемых аналогов для разработанной технологии
при заживлении дефектов нет.
Прижизненные и рентгенологические исследования. Проводили ежедневные наблюдения за животными, оценивали внешний вид, поведение животных, потребление пищи и воды . Рентгенографические исследования проводили раз в неделю в течение первых 60 дней после операции, далее раз в две недели . Рентгенографию конечности выполняли в прямой и боковой проекции на рентгеновском аппарате «Compact» (Италия) .
Гистологические исследования. После эвтаназии у животных забирали фрагмент берцовых костей, включающий зону дефекта с аллотрансплантатом и прилежащие концы отломков протяженностью не менее 1,5 см . Далее материал фиксировали в 10% растворе формалина, декальцинировали, дегидратировали и заливали в целлоидин . Гистологические срезы получали при помощи санного микротома фирмы «Riechard» (Германия), окрашивали их гематоксилином и эозином, пикрофуксином по Ван-Гизону. Оценку препаратов на светооптическом уровне осуществляли при помощи микроскопа «Ник-мед-5» (Россия) Для получения микрофото использовали аппаратно-программный комплекс «ДиаМорф» (Россия) .
Лабораторные исследования включали гематологические и биохимические исследования Гематологические исследования выполнены на автоматическом анализаторе ABX Pentra 60 (Horiba ABX, Франция-Япония), биохимические (в сыворотке крови определяли общий белок, креатинин, мочевину, общий билирубин и активность трансаминаз) — на автоматическом анализаторе Hitachi/BM 902 (Италия), при этом использовали наборы реагентов фирмы Vital Diagnostic (Россия) .
Статистические методы. Статистический анализ проводили с использованием надстройки Attestat 13 .1 к электронным таблицам Microsoft Office Excel (Microsoft Corp ., США) . Результаты количественных признаков представлены в таблице в виде медианы (Me) 1-го и 3-го квартилей (Q1-Q3) . Соответствие параметров закону нормального распределения определяли с помощью критерия Шапиро-Уилка . Процедуру статистической оценки значимости отличий показателей на сроках эксперимента с дооперационными значениями проводили с использованием W-критерия Вилкоксона . Минимальный уровень статистической значимости (р) принимали равным 0,05
РЕЗУЛЬТАТЫ
Прижизненные наблюдения. Послеоперационный период у всех животных протекал удовлетворительно Через сутки после операции собаки выходили из наркоза, прием корма и воды был снижен, щадили оперированную конечность, отмечался умеренный отек оперированной голени, распространявшийся на дистальную часть бедра, который значительно уменьшался к 10-12 дню после операции . На 4-5 сутки аппетит восстанавливался полностью Восстановление опороспособности
оперированной конечности отмечалось на 6-7 сутки после операции, к 14-21 суткам животные начинали относительно свободно пользоваться ею Послеоперационные раны заживали первичным натяжением, швы снимали на 10-14 сутки после операции . С 28-х суток после операции животные на какое-то время (3-5 дней) начинали щадить оперированную конечность при ходьбе
Ко времени сращения костных отделов регенерата и моменту снятия аппарата (3 месяца после операции) опорная функция конечности полностью восстанавливалась Движения в суставах оперированной конечности на протяжении опыта у всех животных сохранялись в полном объеме . Каких-либо изменений, которые можно было бы оценить как отрицательные явления, зарегистрировано не было . Все животные были выведены из эксперимента по плану, серьезных нежелательных событий не зафиксировано
Рентгенологические исследования. Рентгенологически через 14 суток после операции (рис . 1а) у всех животных в проекции дефектов наблюдали полусферические гомогенные тени проксимального и дистально-го регенератов исходящих из костномозговой полости фрагментов большеберцовых костей и растущих вершинами навстречу друг другу. Проксимальный регенерат по высоте в основном незначительно превышал
дистальный, между костными регенератами рентгено-контрастных структур не отмечалось Изменений трубчатого аллотрансплантата не выявлено
Через 21 день опыта отмечалось увеличение костных регенератов, их основания сливались с торцами корковой пластинки фрагментов материнской кости (рис . 1б) . Рентгенологически изменений трансплантата не выявлено .
На 28-е сутки после операции проксимальный и дистальный костные регенераты по протяженности становились примерно одинаковыми Отмечалось уплотнение костной ткани по их периферии В тех наблюдениях, где высота трансплантатов соответствовала протяженности дефектов, концы фрагментов большеберцовой кости в местах соединения с ним выглядели несколько размытыми, незначительно утолщенными за счет пери-остальных разрастаний . Плотность стенки трансплантатов соответствовала плотности кортикальной пластинки большеберцовой кости
К 45-м суткам опыта структура трансплантатов оставалась практически без изменений, в некоторых наблюдениях контуры их выглядели слегка размытыми (рис . 1в) .
Через 60 суток уже отмечались признаки перестройки трансплантатов, которые заключались в потере четкости контуров, размытости и незначительном истончении его стенки (рис . 1г) .
Рис. 1. Рентгенограммы средней трети голеней собак на сроках после операции (сутки). Примечание: а — 14; б — 21; в — 45; г — 60; д — 90; е — 120; ж — 180; з — 1,5 года.
На 90-е сутки эксперимента у животных во всех случаях отмечали размытость и истончение
стенки трансплантата В ряде наблюдений определялся единый костный конгломерат, включающий
в себя как новообразованную, так и аллокость (рис . 1д) . Через 120 суток стенка трансплантатов еще более истончалась, в некоторых наблюдениях фрагментирова-лась (рис . 1е) . После 180 суток эксперимента процессы перестройки трансплантатов происходили наиболее интенсивно со стороны их внутренней поверхности (рис 1ж) . К концу периода наблюдения рассасывание трансплантатов происходило в разном временном интервале, фрагменты трубчатого аллотрансплантата сохранялись до 1,5-2 лет послеоперационного периода, при этом они имели размытый и неровный контур (рис . 1з) .
Гистологические исследования. Анализ гисто-топограмм выявил, что через 28 дней после операции трансплантат был расположен в полости, стенка которой представляла собой слой фиброзной ткани, исходящей из надкостницы сохраненных фрагментов берцовых костей (рис. 2а) . Внутри трансплантата такой же слой располагался на поверхности формирующегося регенерата . Между трансплантатом и прилежащими тканями (формирующимся регенератом и новообразованным периостом) сохранялись полости .
На 60-е сутки эксперимента соединительнотканный футляр трансплантата был более выраженным, чем в срок 28 суток после операции (рис . 2б) . К 90-180 суткам наблюдения трансплантат сохранялся, при этом выявлялись признаки остеопороза прилежащих участков корковой пластинки большеберцовой кости (рис . 2 в, г) . Через 270
суток после операции в отдельных наблюдениях в консолидированных комплексах «регенерат — материнские фрагменты» прогрессировали явления остеопороза . Можно предполагать, что в этих случаях рассасывание трансплантата происходило замедленно (рис 2д)
Через 1 год после операции в максимальной степени была выражена спонгизация кости, сформированной на месте трансплантата (рис . 2е) . В матриксе трансплантатов определялись редкие полости резорбции, а рассасывание аллокости происходило преимущественно по ее поверхностям . Клеточной реакции резорбции с участием остеокластов на структурах трансплантата не обнаружили . В матриксе большинства трансплантатов определялись ядра остеоцитов . Меньшая часть трансплантатов была бесклеточной и морфологически определялась как некротизированная кость .
Через 2 года после операции полостное образование вокруг аллотрансплантата сохранялось, хотя его объем уменьшался, утолщенный слой окружающей грануляционной ткани сохранялся (рис . 2 ж, з) . С течением времени объем полости уменьшался, но сохранялся . Фиброзная капсула вокруг трансплантатов свидетельствовала о продолжительном вялотекущем асептическом воспалительном процессе В данный период наблюдалась выраженная спонгизация концов отломков материнской кости . В течение всего срока наблюдения признаков наличия гнойного экссудата у всех животных не отмечалось .
Рис. 2. Гистотопограммы: а — 28-е сутки после операции; б — 60-е сутки; в — 90-е сутки; г — 180-е сутки; д — 270-е сутки; е — через 1 год после операции; ж, з — через 2 года после операции.
Примечание: а, в, г, д, е, з — окраска гематоксилином и эозином; б, ж — окраска пикрофуксином. Увеличение — Об. 2.5. Ок. 12,5.
Лабораторные исследования. Послеоперационные изменения показателей лейкограммы характеризовались повышением уровня лейкоцитов, моноцитов, сегментоядерных нейтрофилов и базофилов до 28-х суток после операции (табл . 1) . Показатели лейкограммы
возвращались к дооперационному уровню на 60-е сутки эксперимента . Снижение уровня гемоглобина и эритроцитов отмечалось до 7-х и 14-х суток после операции соответственно . Повышенный уровень ретикулоцитов сохранялся до 60-х суток
Таблица 1. Гематологические показатели у животных на этапах эксперимента, Ме (01-03)
Показатели Сутки до (-1) и после (7-90) операции
-1 7 14 28 60 90
п 14 14 14 14 12 10
Лейкоциты, 109/л 7,9 (7,0-8,4) 9,9* (9,1-10,8) 10,3* (9,6-11,4) 10,1* (9,2-10,8) 8,5 (7,8-9,1) 8,3 (7,2-8,9)
Лимфоциты, 109/л 2,3 (2,0-2,9) 2,4 (2,1-2,6) 2,6 (2,3-2,8) 2,6 (2,4-2,7) 2,2 (1,9-2,8) 2,1 (2,0-2,3)
Моноциты, 109/л 0,4 (0,3-0,5) 0,6* (0,5-0,8) 0,6* (0,6-0,8) 0,6* (0,5-0,7) 0,5 (0,4-0,5) 0,4 (0,3-0,6)
Палочкоядерные нейтрофилы, 109/л 0,4 (0,4-0,5) 0,6 (0,4-0,7) 0,64 (0,5-0,6) 0,5 (0,4-0,5) 0,5 (0,4-0,6) 0,4 (0,3-0,5)
Сегментоядерные нейтрофилы, 109/л 4,6 (4,1-5,2) 5,9* (5,6-6,5) 6,0* (5,5-6,4) 5,8* (5,6-6,5) 5,0 (4,2-5,3) 4,9 (4,4-5,4)
Эозинофилы, 109/л 0,3 (0,2-0,4) 0,4 (0,2-0,5) 0,4 (0,3-0,5) 0,3 (0,3-0,4) 0,3 (0,2-0,3) 0,3 (0,3-0,4)
Базофилы, 1010/л 0,4 (0,3-0,5) 1,3* (0,9-1,4) 1,6* (1,4-1,6) 1,1* (0,9-1,3) 0,6 (0,4-0,7) 0,5 (0,4-0,5)
Гемоглобин, г/л 117 (115-121) 109* (108-111) 107* (103-111) 114 (111-115) 113 (112-116) 115 (113-119)
Эритроциты, 1012/л 4,8 (4,5-5,2) 4,4* (4,2-4,5) 4,4* (4,1-4,5) 4,8 (4,5-4,9) 4,6 (4,6-4,9) 4,8 (4,7-5,3)
Ретикулоциты, %о 2,6 (2,2-3,1) 4,4* (3,9-5,1) 5,4* (4,7-6,3) 5,3* (4,4-6,0) 3,9* (3,4-4,2) 3,1 (2,5-3,4)
Примечание: * — различия статистически значимы относительно дооперационных значений (-1 сутки), р < 0,05
Биохимические показатели: общий белок, креа-тинин, мочевина и общий билирубин статистически значимо не отличались относительно дооперационных значений . Рост (р < 0,05) был зарегистрирован только для активности трансаминаз сыворотки крови: на 7-е сутки после операции до 27 Е/л для аланинаминотранс-феразы и до 32 Е/л для аспартатаминотрансфераза (при норме 17 и 14 Е/л (медианные значения) соответственно)
ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенное исследование показало, что первые визуальные признаки перестройки трансплантатов выявлялись с 35-х суток после имплантации . У части животных аллотрансплантат элиминировался достаточно быстро, а в некоторых наблюдениях фрагменты трубки сохранялись в течение длительного времени . Замещение пространства, занятого трансплантатом, новообразу-ющейся костью происходило только по мере его рассасывания . Лизис матрикса рассасывающихся фрагментов трансплантата происходил без участия остеокластов . Эти наблюдения говорят о том, что применение костных трубчатых аллотрансплантатов обеспечивало полноценное формирование костного регенерата в зоне сформированного дефекта в течение 3-х месяцев после операции . При этом костные отделы регенерата (дистальный и проксимальный) были практически одинаковыми по величине. Органотипическая перестройка новообразованного участка кости с формированием корковой
пластинки и костномозговой полости продолжалась в течение двух лет после имплантации
Нами показано, что использование трубчатого алло-трансплантата для изоляции полости костного дефекта в условиях фиксации фрагментов кости аппаратом внешней фиксации обеспечивало достаточную эффективность в части формирования новообразованной кости в зоне дефекта . Такой эффект обеспечен, по нашему мнению, тремя факторами: 1) стабильностью отломков материнской кости; 2) способностью имплантата отграничивать пространство дефекта, которое в процессе заживления заполнялось новообразованной костной тканью; 3) соответствие скорости лизиса аллотрансплантата скорости формирования регенерата в зоне дефекта .
Таким образом, использованная нами технология включает новый элемент — стабильность отломков за счет аппарата внешней фиксации и трансплантат, функция которого в большей степени направлена на отграничение пространства дефекта, чем замещения его в максимальном объеме. В литературе мы не встретили аналогичных технологий, т . к . все разрабатываемые способы замещения крупных дефектов длинных трубчатых костей с применением алломате-риалов направлены на модификацию исходного материала с целью улучшения его биосовместимости (как правило, за счет методов тканевой инженерии) [16, 17]. Однако для перехода в клиническую практику эти технологии пока нуждаются в существенной проверке безопасности
В клиническом плане достаточно эффективной для лечения крупных дефектов кости выглядит технология Masquelet (англ . : Masquelet technique) [18], однако ее двухэтапность существенно ограничивает применение . В целом, клинический опыт по лечению крупных дефектов длинных трубчатых костей с применением аллома-териалов можно оценить как скромный . Сравнительный анализ показывает, что основная причина этого — слабо изученная эффективность технологий в части частоты осложнений и рецидивов [19] . Тем не менее, использование алломатериалов как наиболее доступных материалов в сочетании со стабилизацией отломков аппаратом внешней фиксации выглядит вполне возможным для применения. Положительный момент в этом плане — отсутствие значимых изменений показателей безопасности, продемонстрированных в ходе нашего эксперимента.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Технология замещения крупных дефектов длинных биэпифизарных костей, включающая применение тонкостенных трубчатых аллотрансплантатов для изоляции полости дефекта в условиях фиксации фрагментов кости аппаратом внешней фиксации, обладает достаточной эффективностью в части скорости замещения дефекта и качества образуемой кости . Безопасность технологии приемлема .
ДОПОЛНИТЕЛЬНО
Финансирование. Исследование выполнено в рамках государственного задания на научные исследования и разработки Национального медицинского исследовательского центра травматологии и ортопедии имени академика Г. А. Илизарова.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов: Дьячков А. Н. — концепция и дизайн исследования, написание текста; Мигалкин Н. С., Дюрягина О. В. — сбор и обработка материала, написание текста; Стогов М. В. — обработка материала, написание текста, статистическая обработка; Солдатов Ю. П. — дизайн исследования и редактирование; Тушина Н. В. — сбор и обработка материала. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Funding. The study was carried out as part of the state assignment for scientific research of Ilizarov' National Medical Research Centre for Traumatology and Orthopedics of the Ministry of Health of Russia. Conflict of interests. The authors declare no conflicts of interests. Contribution of the authors: A. N. Dyachkov — research concept and design, text writing; N. S. Migalkin, O. V. Dyuryagina — collection and processing of the material, writing the text; M. V. Stogov — processing of material, writing the text, statistical processing; Yu. P. Soldatov — research design and editing; N. V. Tushina — collection and processing of the material. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Шлыков И.Л., Рыбин А.В., Горбунова З.И. Состояние и перспективы развития травматолого-ортопедической службы Уральского федерального округа // Гений ортопедии. 2012. № 4. С. 10-14.
2. Lin H., Wang X., Huang M., et al. Research hotspots and trends of bone defects based on Web of Science: a bibliometric analysis // Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2020. Vol. 15, № 1. P. 463-478. doi: 10.1186/s13018-020-01973-3
3. Миронов С.П. Состояние ортопедо-травматологической службы в Российской Федерации и перспективы внедрения инновационных технологий в травматологии и ортопедии // Вестник травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова. 2010. № 4. С. 10-13.
4. Gage J., Liporace A., Egol A., et al. Management of Bone Defects in Orthopedic Trauma // Bulletin of the Hospital for Joint Disease (2013). 2018. Vol. 76, № 1. P. 4-8.
5. Giannoudis P.V., Harwood P.J., Tosounidis T., et al. Restoration of long bone defects treated with the induced membrane technique: protocol and outcomes // Injury. 2016. Vol. 47, Suppl. 6. P. S53-S61. doi: 10.1016/S0020-1383(16)30840-3
6. Poh P.S., Lingner T., Kalkhof S., et al. Enabling technologies towards personalization of scaffolds for large bone defect regeneration // Current Opinion in Biotechnology. 2022. Vol. 74. P. 263-270. doi: 10.1016/j.copbio.2021.12.002
7. Резник Л.Б., Ерофеев С.А., Стасенко И.В., и др. Морфологическая оценка остеоинтеграции различных имплантов при замещении
дефектов длинных костей (экспериментальное исследование) // Гений ортопедии. 2019. Т. 25, № 3. С. 318-323. doi: 10.18019/1028-44272019-25-3-318-323
8. Liu P., Bao T., Sun L., et al. In situ mineralized PLGA/zwitterionic hydrogel composite scaffold enables high-efficiency rhBMP-2 release for critical-sized bone healing // Biomaterials Science. 2022. Vol. 10, № 3. P. 781-793. doi: 10.1039/d1bm01521d
9. Dheenadhayalan J., Devendra A., Velmurugesan P., et al. Reconstruction of Massive Segmental Distal Femoral Metaphyseal Bone Defects after Open Injury: a Study of 20 Patients Managed with Intercalary Gamma-Irradiated Structural Allografts and Autologous Cancellous Grafts // The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 2022. Vol. 104, № 2. P. 172-180. doi: 10.2106/JBJS.21.00065
10. Крюков Е.В., Брижань Л.К., Хоминец В.В., и др. Опыт клинического применения тканеинженерных конструкций в лечении протяженных дефектов костной ткани // Гений ортопедии. 2019. Т. 25, № 1. С. 49-51. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-1-49-57
11. Zhi W., Wang X., Sun D., et al. Optimal regenerative repair of large segmental bone defect in a goat model with osteoinductive calcium phosphate bioceramic implants // Bioactive Materials. 2021. Vol. 11. P. 240-253. doi: 10.1016/j.bioactmat.2021.09.024
12. Ho-Shui-Ling A., Bolander J., Rustom L.E., et al. Bone regeneration strategies: engineered scaffolds, bioactive molecules and stem cells current stage and future perspectives // Biomaterials. 2018. Vol. 180. P. 143-162. doi: 10.1016/j.biomaterials.2018.07.017
13. Li C., Lv H., Du Y., et al. Biologically modified implantation as therapeutic bioabsorbable materials for bone defect repair // Regenerative Therapy. 2021. Vol. 19. P. 9-23. doi: 10.1016/j.reth.2021.12.004
14. De Girolamo L., Ragni E., Cucchiarini M., et al. Cells, soluble factors and matrix harmonically play the concert of allograft integration // Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2019. Vol. 27, № 6. P. 1717— 1725. doi: 10.1007/s00167-018-5182-1
15. Илизаров Г.А., Шрейнер А.А., Имерлишвили И.А. Кортикальный дефект трубчатой кости как модель для изучения остеогенных свойств костного мозга диафиза // Гений ортопедии. 1995. № 1. С. 18—20.
16. Chen G., Lv Y. Matrix elasticity—modified scaffold loaded with SDF-1alpha improves the in situ regeneration of segmental bone defect in rabbit radius // Scientific Reports. 2017. Vol. 7, № 1. P. 1672. doi: 10.1038/s41598-017-01938-3
17. Hao J., Bai B., Ci Z., et al. Large-sized bone defect repair by combining a decalcified bone matrix framework and bone regeneration units based on photo-crosslinkable osteogenic microgels // Bioactive Materials. 2021. Vol. 14. P. 97-1 09. doi: 10.1016/j.bioactmat.2021.12.013
18. Seng D.W.R., Premchand R.A.X. Application of Masquelet technique across bone regions — A case series // Trauma Case Reports. 2021. Vol. 37. P. 100591. doi: 10.1016/j.tcr.2021.100591
19. Migliorini F., La Padula G., Torsiello E., et al. Strategies for large bone defect reconstruction after trauma, infections or tumour excision: a comprehensive review of the literature // European Journal of Medical Research. 2021. Vol. 26, № 1. P. 118. doi: 10.1186/s40001-021-00593-9
REFERENCES
1. Shlykov IL, Rybin AV, Gorbunova ZI. State and prospects of developing the traumatologic-and-orthopedic service in the Ural Federal Region. Genij Ortopedii. 2012;(4):10-4. (In Russ).
2. Lin H, Wang X, Huang M, et al. Research hotspots and trends of bone defects based on Web of Science: a bibliometric analysis. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2020;15(1):463-78. doi: 110.1186/s13018-020-01973-3
3. Mironov SP. State of Orthopaedic-Traumatologic Service in Russian Federation and Perspectives for Introduction of Innovative Technologies in Traumatology and Orthopaedics. N.N. Priorov Journal of Traumatology and Orthopedics. 2010;(4):10-3. (In Russ).
4. Gage J, Liporace A, Egol A, et al. Management of Bone Defects in Orthopedic Trauma. Bulletin of the Hospital for Joint Disease (2013). 2018;76(1):4-8.
5. Giannoudis PV, Harwood PJ, Tosounidis T, et al. Restoration of long bone defects treated with the induced membrane technique: protocol and outcomes. Injury. 2016;47(Suppl 6):S53-61. doi: 10.1016/S0020-1383(16)30840-3
6. Poh PS, Lingner T, Kalkhof S, et al. Enabling technologies towards personalization of scaffolds for large bone defect regeneration. Current Opinion in Biotechnology. 2022;74:263-70. doi: 10.1016/j.copbio.2021.12.002
7. Reznik LB, Erofeev SA, Stasenko IV, et al. Morphological assessment of osteointegration of various implants for management of long bone defects (experimental study). Genij Ortopedii. 2019;25(3):318-23. (In Russ). doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-3-318-323
8. Liu P, Bao T, Sun L, et al. In situ mineralized PLGA/zwitterionic hydrogel composite scaffold enables high-efficiency rhBMP-2 release for critical-sized bone healing. Biomaterials Science. 2022;10(3):781-93. doi: 10.1039/d1bm01521d
9. Dheenadhayalan J, Devendra A, Velmurugesan P, et al. Reconstruction of massive segmental distal femoral metaphyseal bone defects after open injury: a study of 20 patients managed with intercalary gamma-irradiated structural allografts and autologous cancellous grafts. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 2022;104(2):172-80. doi: 10.2106/ JBJS.21.00065
10. Kryukov EV, Brizhan' LK, Khominets VV, et al. Clinical use of scaffold-technology to manage extensive bone defects. Genij Ortopedii. 2019;25(1):49-51. (In Russ). doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-1-49-57
11. Zhi W, Wang X, Sun D, et al. Optimal regenerative repair of large segmental bone defect in a goat model with osteoinductive calcium phosphate bioceramic implants. Bioactive Materials. 2021;11:240-53. doi: 10.1016/j.bioactmat.2021.09.024
12. Ho-Shui-Ling A, Bolander J, Rustom LE, et al. Bone regeneration strategies: engineered scaffolds, bioactive molecules and stem cells current stage and future perspectives. Biomaterials. 2018;180:143-62. doi: 10.1016/j.biomaterials.2018.07.017
13. Li C, Lv H, Du Y, et al. Biologically modified implantation as therapeutic bioabsorbable materials for bone defect repair. Regenerative Therapy. 2021;19:19-23. doi: 10.1016/j.reth.2021.12.004
14. De Girolamo L, Ragni E, Cucchiarini M, et al. Cells, soluble factors and matrix harmonically play the concert of allograft integration. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2019;27(6):1717-25. doi: 10.1007/s00167-018-5182-1
15. Ilizarov GA, Shreyner AA, Imerlishvili IA. Kortikal'nyy defekt trubchatoy kosti kak model' dlya izucheniya osteogennykh svoystv kostnogo mozga diafiza. Genij Ortopedii. 1995;(1):18-20. (In Russ).
16. Chen G, Lv Y. Matrix elasticity-modified scaffold loaded with SDF-1alpha improves the in situ regeneration of segmental bone defect in rabbit radius. Scientific Reports. 2017;7(1):1672. doi: 10.1038/s41598-017-01938-3
17. Hao J, Bai B, Ci Z, et al. Large-sized bone defect repair by combining a decalcified bone matrix framework and bone regeneration units based on photo-crosslinkable osteogenic microgels. Bioactive Materials. 2021;14:97-109. doi: 10.1016/j.bioactmat.2021.12.013
18. Seng DWR, Premchand RAX. Application of Masquelet technique across bone regions — A case series. Trauma Case Reports. 2021;37:100591. doi: 10.1016/j.tcr.2021.100591
19. Migliorini F, La Padula G, Torsiello E, et al. Strategies for large bone defect reconstruction after trauma, infections or tumour excision: a comprehensive review of the literature. European Journal of Medical Research. 2021;26(1):118. doi: 10.1186/s40001-021-00593-9
ОБ АВТОРАХ
Дьячков Александр Николаевич, д.м.н., профессор; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4905-3950; eLibrary SPIN: 4869-0384; e-mail: naucaalex@mail.ru
Мигалкин Николай Сергеевич;
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7502-5654; e-mail: mignik45@mail.ru
*Стогов Максим Валерьевич, д.б.н., доцент; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8516-8571; eLibrary SPIN: 9345-8300; e-mail: stogo_off@list.ru
Солдатов Юрий Петрович, д.м.н., профессор; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2499-3257; eLibrary SPIN: 9579-0144; e-mail: soldatov-up@mail.ru
Дюрягина Ольга Владимировна, к.в.н.; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9974-2204; eLibrary SPIN: 8301-1475; e-mail: diuriagina@mail.ru
Тушина Наталья Владимировна, к.б.н.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1322-608X; eLibrary SPIN: 7554-9130; e-mail: ntushina76@mail.ru
AUTHOR'S INFO
Aleksandr N. D'yachkov, MD, Dr. Sci. (Med.), Professor; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4905-3950; eLibrary SPIN: 4869-0384; e-mail: naucaalex@mail.ru
Nikolay S. Migalkin;
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7502-5654; e-mail: mignik45@mail.ru
*Maksim V. Stogov, Dr. Sci. (Biol.), Associate Professor; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8516-8571; eLibrary SPIN: 9345-8300; e-mail: stogo_off@list.ru
Yuriy P. Soldatov, MD, Dr. Sci. (Med.), Professor; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2499-3257; eLibrary SPIN: 9579-0144; e-mail: soldatov-up@mail.ru
Ol'ga V. Dyuryagina, Cand. Sci. (Vet.);
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9974-2204;
eLibrary SPIN: 8301-1475; e-mail: diuriagina@mail.ru
Natal'ya V. Tushina, Cand. Sci. (Biol.);
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1322-608X;
eLibrary SPIN: 7554-9130; e-mail: ntushina76@mail.ru
* Автор, ответственный за переписку / Corresponding author
