CC BY
202020 т 10 № 3 крымскии журнал экспериментальной и клиническои медицины
УДК 616.36-003.93-088.819.844: 546.82-034.25-18 DOI: 10.37279/2224-6444-2020-10-3-12-15
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ ПЕЧЕНИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИМПЛАНТАТА ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)
Геренг Е. А., Весир И. Р., Клюшина Т. С.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, 634050, Московский тракт, 2, Томск, Россия
Для корреспонденции: Геренг Елена Андреевна, доктор медицинских наук, доцент, профессор кафедры морфологии и общей патологии ФГБОУ ВО СибГМУ Минздрава России, е-mail: e-gereng@mail.ru
For correspondent: Gereng Elena A., MD, associate Professor, Professor of Department morphology and General pathology, Siberian state medical University, е-mail: e-gereng@mail.ru
Information about authors:
Геренг Е. А., http://orcid.org/0000-0001-7226-0328 Весир И. Р., http://orcid.org/0000-0001-9783-0817 Клюшина Т. С., https://orcid.org/0000-0003-3206-7800
РЕЗЮМЕ
Развитие медицины в мире в настоящее время связано, в основном, с технологиями регенеративной медицины. Актуальным является изучение регенеративных процессов в печени под влиянием различных факторов. Широко применяются в хирургии никелид титановые имплантаты с памятью формы.
В последнее время в самых различных областях медицины также используются в качестве имплантационных материалов пористые сплавы на основе никелида титана. Они биологически совместимы, проявляют гистерезисные свойства, проницаемы для биологических тканей, что принципиально важно для разработки методик клеточной и регенеративной медицины.
В экспериментальном исследовании изучены изменения в паренхиме печени при применении клипсы для пережатия паренхиматозных органов и при использовании пористого имплантата. Изучена возможность направленной регенерации печени при применении пористого имплантата. Объектом исследования явились лабораторные крысы со здоровой печенью. Животные были оперированы с наложением на печень данных имплантатов. Изменения в печени изучались через 30 дней после операции путем гистологического исследования различных ее участков с оценкой дистрофических и пролиферативных процессов в паренхиме печени.
В результате исследования установлено, что импланты из никилида титана обладают биоинертным состоянием. Волнообразно развитая структура браншей клипсы обеспечивает пониженное удельное давление на защемляемую ткань и, тем самым, ее травмобезопасность, а компрессия при защемлении маргинального участка органа осуществляется мягко, без ранения, и приводит к плавному снижению трофики и атрофии ткани этого участка. Более выраженная атрофия сопровождалась усилением процессов регенерации, что сопровождалось гипертрофией гепатоцитов, увеличением их ядер и полиплоидизацией печеночных клеток.
Ключевые слова: печень, регенерация, никелид титана.
MORPHOLOGICAL AND FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF LIVER REGENERATION WHEN USING THE IMPLANT MADE OF TITANIUM NICKELIDE (EXPERIMENTAL STUDY)
Gereng E. A., Vesir I. R., Kliushina T. S.
Siberian State Medical University, Tomsk, Russia
SUMMARY
The development of medicine all over the world is currently mainly associated with regenerative medicine technologies. The study of regenerative processes in liver under the influence of various factors is relevant. Nickel-titanium implants with shape memory are widely used in surgery. Recently, porous alloys based on titanium nickelide have also been used as implantation materials in various fields of medicine. They are biologically compatible, exhibit hysteresis properties, and are permeable to biological tissues, which is essential for the development of cell and regenerative medicine techniques. In an experimental study, changes in the liver parenchyma were studied when using a clip for clamping parenchymal organs and when using a porous implant.
The possibility of targeted liver regeneration using a porous implant was studied. The object of the study was laboratory rats with healthy livers. The animals were operated with these implants applied to the liver. Changes in the liver were studied for 30 days after surgery by histological examination of various parts of it with an assessment of dystrophic and proliferative processes in the liver parenchyma. The study found that implants of titanium nickelide possess the bioinert condition. The undulating structure of the branch clip provides a reduced specific pressure on the pinched tissue and, thus, its injury safety, and compression when pinching the marginal part of the organ is carried out gently, without injury, and leads to a smooth decrease in trophic and atrophy of the tissue of this area. More pronounced atro-
phy was accompanied by increased regeneration processes, which was accompanied by hypertrophy of hepatocytes, an increase in their nuclei and polyploidization of liver cells.
Key words: liver, regeneration, titanium nickelide.
Согласно определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) цирроз печени (ЦП) - это диффузный процесс, характеризующийся фиброзом и изменением нормальной структуры печени с образованием узлов. ЦП является терминальной стадией таких хронических заболеваний как вирусный гепатит В или С, алкогольная болезнь печени, неалкогольная жировая болезнь печени и др. [1; 3]. Широкий спектр фармакологических препаратов не позволяет достичь длительной ремиссии процесса, а высокая смертность при данной нозологии связана с развитием осложнений. Для улучшения качества и продление жизни пациентов применяются различные паллиативные хирургические вмешательства. Самым радикальным методом лечения является трансплантация печени, которая имеет множество ограничений в виде нехватки доноров, операционного риска, высокой стоимости, иммунного ответа на трансплантат и др. Одновременно с оптимизацией методов хирургической коррекции осложнений цирроза печени продолжается поиск различных современных способов стимуляции регенерации печени [5; 7; 8; 10]. В современной хирургической практике существуют множество способов стимуляции регенерации печени, большинство из которых является достаточно травматичными, дорогостоящими, а положительный эффект от их введения кратковременный [8; 9]. Поэтому поиск наиболее эффективных и малотравматичных методов стимуляции регенерации паренхимы печени остается актуальным.
В настоящее время существует множество биосовместимых сверхэластичных материалов с памятью формы, благодаря которым возникло принципиально новое поколение медицинской техники и технологий. Материалы и импланта-ты с памятью формы, созданные на основе нике-лида титана, способны функционировать в организме длительное время, эластично реагировать на изменение формы тканей органов, не деградировать после многократного воздействия [10].
Цель работы: изучили влияние на функциональную морфологию здоровой и цирротически измененной печени различных клипс и бранш для пережатия паренхиматозных органов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Экспериментальное исследование проводили на 15 лабораторных крысах-самках линии Ви-стар массой тела 180-250 г, оперированных под ингаляционным изофлурановым наркозом.
Эксперименты с участием животных выполнены в соответствии с положениями Федерального Закона «О защите животных от жестокого обращения», введенного в действие 01.01.1997 и Европейской Конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных или других научных целей (Страсбург, 18 марта 1986 г.) [9]. Пяти крысам была выполнена лапаротомия, фиксация пористого имплантата к печени. Для имплантации использовали пористые имплантаты из никелида титана в виде пластин овальной формы диаметром 0,5 см, толщиной 0,5-0,8 мм, предварительно стерилизованные в 96°-м спирте. Место наложения имплан-тата тщательно протирали грубым марлевым шариком для десерозирования поверхности. На десерозированный участок печени накладывали и плотно прижимали пористый имплантат. Дополнительную его фиксацию швами не производили, поскольку за счет шероховатого рельефа поверхности имплантата происходила его самофиксация. Рану послойно ушивали наглухо.
Другим пяти крысам на одну из долей печени была наложена клипса для пережатия паренхиматозных органов. Клипса содержит две дугообразные параллельные бранши из сплава на основе никелида титана с эффектами памяти формы и сверхэластичности, сомкнутые по всей длине (расстояние между браншами в средней части - 2 мм), соединенные по обоим концам. Бранши имеют форму идентичных гнутых в виде меандра периодических структур, ориентированных плоскостями волн симметрично плоскости дуги клипсы. Максимальное давление Р, измеренное на потенциометре, составило 0,08x10-6 н/м2. Характеристики отдельной клипсы : длина - 40 мм, амплитуда волн бран-шей - 5 мм, количество волн - 14, диаметр нике-лид титановой проволоки марки ТН-10 - 0,8 мм. При наложении устройства использован термомеханический эффект памяти формы. Для этого при температуре около 0 °С бранши клипсы из сомкнутого состояния раскрывались на угол 3040° и удерживались после наложения на краевом участке печени до ее возвратной деформации и защемляющей фиксации в течение 1-2 мин.
Контрольная группа была сформирована из пяти ложнооперированных животных.
Через 30 дней животные выводились из эксперимента путем гильотинной декапитации под наркозом.
Для микроскопического исследования забирали пористый имплантат с фиксированным к
2020, т. 10, № 3
крымский журнал экспериментальной и клинической медицины
нему участком ткани. Комплекс ткань-имплантат фиксировали 24-48 ч в 12%-м растворе формалина. Гистологическому исследованию подвергалась доля печени, к которой фиксировался имплантат, и интактная доля.
У крыс с применением компрессирующей клипсы были взяты ткани с «зажатого» участка, из «свободного» участка доли печени, подверженной наложению клипсы, и ткань одной из интактных долей. В контрольной группе из печени каждого животного было взято по одному произвольному образцу ткани. Гистологические препараты проводили по стандартной схеме, заливали в парафин и окрашивали гематоксилином-эозином. При морфометрическом исследовании в гистологическом препарате подсчиты-вались следующие параметры : удельный объем гепатоцитов с признаками дистрофии (мм3/ мм3), удельный объем двуядерных гепатоцитов (мм3/мм3), плотность клеточного инфильтрата (в 1 мм2), удельный объем соединительной ткани (мм3/мм3). Статистическую обработку полученных результатов выполняли на персональном компьютере в среде Microsoft Windows 7 с помощью программы SPSS Statistica 21. с использованием непараметрического - критерий Краскала-Уоллиса. Численные параметры представляли в виде медианы и интерквартиль-ного разброса. Различия считали статистически значимыми при уровне p < 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Закономерности прорастания биологической тканью каверн пористого имплантата позволяют утверждать, что на 30-е сутки в порах импланта-та определяются участки биологической ткани, не имеющие сходства с тканью печени, заполняющие просвет пор на 35-40%. Свободная часть пор имплантата пропитана тканевой жидкостью. Гистологическое исследование содержимого пор имплантата свидетельствует о преобладании в тканевом «ростке» фибробластов, макрофагов, коллагеновых волокон. В гистологическом препарате достаточно много кровеносных сосудов.
Особенности строения клипсы для пережатия парензхиматозных органов позволяют производить на паренхиму печени дозированное давление во избежание полного пережатия и прорезывания ткани. Компрессия при защемлении краевого участка органа осуществляется мягко, без ранения, и приводит к плавному снижению трофики и атрофии ткани этого участка.
При исследовании гистологических препаратов в группе крыс при использовании клипсы наблюдались следующие изменения. В отжатом участке печени структура печеночной ткани была несколько нарушена, атрофирована, что со-
провождалось статистически значимым (р<0,05) увеличением удельного объема гепатоцитов с признаками дистрофии 6,25 (3,57-9,25) мм3/мм3 (в контрольной группе 2,38 (1,43-4,25)). При этом среди гепатоцитов статистически значимо (р < 0,05) был увеличен удельный объем двуядерных гепатоцитов - 55,00 (43,25-68,93) (в контроле 3,16 (2,11-4,23)). В не зажатой части доли печени, подвергшейся компрессии, также обнаружено увеличение содержания гепатоцитов и количества диплоидных гепатоцитов. Удельный объем двуядерных гепатоцитов составил 68,41 (20,47-43,55) мм3/мм3 (р < 0,05). Подобные изменения отмечались также в ткани отдаленных долей печени, но менее выраженные. При этом удельный объем двуядерных гепатоцитов составил 14,29 (18,73-27,44) мм3/мм3 (р < 0,05 при сравнении с контрольной группой).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В обеих экспериментальных группах было установлено биоинертное состояние импланта-тов из никелида титана, отсутствие в гистологических препаратах воспалительной реакции и других признаков биологического отторжения. При применении пористых имплантатов признаков регенерации в печени не выявлено. Фрагменты новообразованной печеночной ткани в порах имплантатов отсутствуют, что делает невозможным их применение в качестве матрицы направленной регенерации печени. В сравнении с пористым имплантатом, применение компрессирующей клипсы оптимизирует репаративные процессы в печени, что требует дальнейших исследований влияния компрессирующих устройств на регенеративные процессы в печени, в частности, на фоне различных ее патологических состояний.
ЛИТЕРАТУРА
1. Готье С. В. Трансплантология XXI века: высокие технологии в медицине и инновации в биомедицинской науке. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2017;19(3):10-32. doi:10.15825/19951191-2017-3-10-32.
2. Красовский В. С. Изменение общего белка в гепатоцитах крыс на 3 сутки после механической травмы. Фундаментальные исследования. 2013;(9):62-64.
3. Пикиреня И. И., Земляник А. Н., Хомченко В. В. Возможность регенерации печени у экспериментальных животных с индуцированным циррозом при воздействии пространственно модулированного излучения эрбиевого лазера. Новости хирургии. 2015;23(2):131-137.
4. Лепехова С. А., Зарицкая Л. В., Батунова Е. В. Влияние однократного введения экзогенного фактора роста гепатоцитов на показатели неспецифиче-
ской резистентности в условиях пострезекционного повреждения печени. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2016;1(107):49-55.
5. Fiegel H. C., Kaufmann P. M., Bruns H., Kluth D., Horch R. E., Vacanti J. P., Kneser U. Hepatic tissue engineering: from transplantation to customized cell-based liver directed therapies from the laboratory. J. Cell Mol. Med. 2008;12(1):56-66. doi:10.1111/j.1582-4934.2007.00162.x
6. Weber A., Groyer-Picard M.T., Franco D., Dagher I. Hepatocyte transplantation in animal models. Liver Transpl. 2009;15(1):7-14. doi: 10.1002/lt.21670.
7. Понтер В. Э. Направления создания уникальных технологий в медицине на основе нового поколения биосовместимых материалов и имплантатов с памятью формы. Имплантаты с памятью формы. 2017;1-2:5-10.
8. Дамбаев П. Ц., Соловьев М. М., Фатюшина О. А. Использование устройств из никелида титана в абдоминальной хирургии. Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2017;20(1(60)):53-56.
9. Моногенов А. Н., Ходоренко В. Н., Гюнтер В. Э. Структура, проницаемость и прочностные свойства пористых сплавов на основе никелида титана с добавками алюминия. Письма в Журнал технической физики. 2014;40(18):102-110.
10. Fiegel H. C., Kneser U., Kluth D. Development of hepatic tissue engineering. Pediatr Surg Int. 2009; 25:667673. doi: 10.1007/s00383-009-2389-8
REFERENCES
1. Got'ye S. V. Transplantology of the 21st century: High technologies in medicine and innovations in biomedical science. Vestnik Transplantologii i Iskusstvennykh Organov - Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2017;19(3):10-32. doi:10.15825/1995-1191-2017-3-10-32. (In Russ.).
2. Krasovskiy V. S. The change of the total protein in rat hepatocytes on the 3rd day after mechanical trauma. Fundamental'nyye issledovaniya - Fundamental Research. 2013;9:62-64. (In Russ.).
3. Pikirenya I. I., Zemlyanik A. N., Khomchenko V. V. The possibility of liver regeneration in experimental animals with induced cirrhosis when exposed to spatially modulated radiation from an erbium laser. Novosti Khirurgii. 2015;23(2):131-137. (In Russ.).
4. Lepekhova S. A., Zaritskaya L. V., Batunova Ye. V. The effect of a single injection of exogenous hepatocyte growth factor on indicators of nonspecific resistance in conditions of postresection liver damage. Byulleten VSNTS SO RAMN. 2016;1(107):49-55. (In Russ.).
5. Fiegel H. C., Kaufmann P. M., Bruns H., Kluth D., Horch R. E., Vacanti J. P., Kneser U. Hepatic tissue engineering: from transplantation to customized cell-based liver directed therapies from the laboratory. J. Cell Mol. Med. 2008;12(1):56-66. DOI: 10.1111/j.1582-4934.2007.00162.x
6. Weber A., Groyer-Picard M.T., Franco D., Dagher I. Hepatocyte transplantation in animal models. Liver Transpl. 2009;15(1):7-14. doi: 10.1002/lt.21670
7. Gyunter V. E. Directions for creating unique technologies in medicine based on a new generation of biocompatible materials and shape memory implants]. Implantaty s pamyat'yu formy. 2017;1-2:5-10. (In Russ.).
8. Dambayev G. Ts., Soloviev M. M., Fatyushina O. A. Using TiNi devices in abdominal surgery - Issues of Reconstructive and Plastic Surgery. 2017;20(1(60)):53-56 (In Russ.).
9. Monogenov A. N., Khodorenko V. N., Gyunter V. E. Structure, permeability and strength properties of porous alloys based on titanium nickelide with aluminum additives. Pis'ma v ZHTF. 2014;40(18):102-110 (In Russ.).
10. Fiegel H. C., Kneser U., Kluth D. Development of hepatic tissue engineering. Pediatr Surg Int. 2009; 25:667673. doi: 10.1007/s00383-009-2389-8
