CC BY
56
2° ^tl ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА
Том 17, №1. 2019
УДК 57.086.132:611.018 О.Р. ШАНГИНА, Л.А. БУЛГАКОВА
Всероссийский центр глазной и пластической хирургии МЗ РФ, г. Уфа
Структурные особенности лиофилизированных тканей и возможности их клинического применения
Контактная информация:
Шангина Ольга Ратмировна - заместитель генерального директора, заведующая лабораторией консервации тканей, доктор биологических наук, профессор
Адрес: 450075, г. Уфа, ул. Р. Зорге, 67/1, тел.: +7 (347) 232-80-58, e-mail: alloolga@mail.ru
В статье представлен обзор данных литературы об истории развития метода лиофилизации аллогенных трансплантатов, применении лиофилизированных аллотрансплантатов в различных сферах клинической практики. Дана оценка гистологических, морфофункциональных, клинических особенностей данного вида пластического материала. Показано, что данный вид пластического материала заслуженно занимает одно из ведущих мест в области реконструктивной медицины.
Ключевые слова: аллотрансплантаты, лиофилизация, биомеханические свойства, структура аллотрансплан-татов.
DOI: 10.32000/2072-1757-2019-1-20-23
(Для цитирования: О.Р. Шангина, Л.А. Булгакова. Структурные особенности лиофилизированных тканей и возможности их клинического применения. Практическая медицина. 2019. Том 17, № 1, С. 20-23)
O.R. SHANGINA, L.A. BULGAKOVA
Russian Eye and Plastic Surgery Center of the Russian Federation Health Ministry, Ufa, the Republic of Bashkortostan, Russian Federation
Structural peculiarities of lyophilized tissues and possibilities of their clinical application
Contact details:
Shangina O.R. - Deputy General Director, Head of Tissue Conservation Laboratory, Doctor of Biological Sciences, Professor
Address: 67/1 R. Sorge St., Ufa, the Republic of Bashkortostan, Russian Federation, 450075, tel.: (347) 232-80-58, e-mail: alloolga@mail.ru
The article presents a review of literature data on developmental history of the method of lyophilization of allogeneic grafts, the use of lyophilized allografts in various fields of clinical practice. An assessment of histological, morphofunctional, clinical features of this type of plastic material is given. It is shown that this type of plastic material deservedly occupies one of the leading places in the field of reconstructive medicine.
Key words: allografts, lyophilization, biomechanical properties, structure of allografts.
(For citation: O.R. Shangina, L.A. Bulgakova. Structural peculiarities of lyophilized tissues and possibilities of their clinical application. Practical medicine. 2019. Vol. 17, no. 1, P. 20-23)
Одной из наиболее перспективных разновидностей биологического материала для применения в реконструктивной хирургии являются трансплантаты аллогенного происхождения (твердая оболочка головного мозга, широкая фасция бедра, пяточное сухожилие, хрящи, перикард, амниотическая оболочка и др.). В настоящее время при проведении восстановительных операций ведущие клиники используют многочисленные варианты данного пластического материала [1]. Оптимальные результаты операций с применением аллогенных трансплантатов достигаются вследствие того, что они вызывают наименьшую иммунную реакцию, апирогенны, стимулируют процессы репаративной регенерации, замещаясь вновь образованной тканью [2]. Все известные в настоящее время трансплантаты получают в результате обработки донорских тканей физическими или химическими методами. Широкая вариативность аллогенных трансплантатов основана на различных методах консервации и стерилизации [3].
Одним из широко применяемых методов консервации донорских тканей является лиофилиза-ция. Лиофилизация - метод высушивания предварительно замороженной ткани, предназначенной для длительного хранения и последующего ее использования (после регидратации) в клинической практике. Отличительная особенность данного метода состоит в том, что высушивание происходит при переходе воды из твердого состояния в пар, минуя жидкую фазу [4]. Началом системного изучения свойств и качества лиофилизированных трансплантатов пришлось на 50-е гг. прошлого столетия. Одни из первых работ, посвященные лиофилиза-ции тканей, принадлежат Flosdorf ЕЖ [5]. В нашей стране успешное применение лиофилизации в биологической промышленности и медицине стало возможным благодаря теоретическим и практическим разработкам М.И. Пановой [6], Г.С. Юмашева [7] и др. Высушивание тканей в процессе лиофилиза-ции приводит к дегидратации аморфного матрикса, окружающего коллагеновые волокна. В результате этого, в зависимости от степени начальной гидра-тированности аморфного матрикса, происходят те или иные структурные преобразования [8]. Всестороннему изучению особенностей фиброархи-тектоники лиофилизированных трансплантатов и их биомеханических свойств посвящено достаточно большое количество работ. По мнению В.И. Савельева с соавторами [9], в процессе лиофилиза-ции ткани приобретают устойчивость к факторам внешней среды и способность сохранять комплекс структурных и биохимических качеств, важных с трансплантационной точки зрения. Кроме того, по мнению этих же авторов, лиофилизация аллотка-ней важна перед стерилизацией гамма-лучами, поскольку без дегидратации в тканях возникают значительные изменения, препятствующие их клиническому использованию. Процесс лиофилизации, по утверждению П.П. Коваленко [10], не оказывает существенного влияния на структуру таких тканей, как кость, хрящ и перикард. Изучив структуру ли-офилизированного хряща, было установлено, что после 2-8 ч пребывания в физиологическом растворе его эластичность и консистенция не отличались от нативного хряща. По мнению данного автора, лиофилизация является наиболее эффективным методом консервирования сухожилий [11], которые широко используются для пластики поврежденных сухожилий и связок, как у взрослых, так и у де-
тей. Лиофилизированные трансплантаты обладают достаточной прочностью и эластичностью, создают необходимое натяжение концов поврежденного сухожилия, что способствует более полноценной регенерации. В качестве пластического материала В.Б. Третьяков и Л.И. Малюченко [12] использовали аллогенный лиофилизированный трансплантат связки надколенника. Результаты гистологических и биомеханических исследований данного трансплантата свидетельствовали о сохранении гистологической структуры и прочностных характеристик сухожильной ткани после лиофилизации и радиационной стерилизации. Полученные данные позволили сделать вывод о том, что артроскопическая реконструкция передней крестообразной связки с использованием аллогенных лиофилизированных блочных трансплантатов связки надколенника является эффективным и безопасным методом лечения, позволяющим добиваться хороших клинических результатов по стабилизации сустава.
Комплексные исследования лиофилизированных аллотканей на протяжении ряда лет проводились в Ростовском медицинском институте, при этом мнения ведущих специалистов по данному вопросу носят противоречивый характер. Так, исследования Р.О. Кристостурян с соавторами [13] показали, что кость, хрящ, фасция, сухожилия, кожа, артериальные сосуды, перикард, консервированные лиофи-лизацией, сохраняют свои структурные и пластические свойства. В то же время Н.П. Демичев [14] считает, что процесс лиофилизации приводит к нарушению структуры и пластических свойств сухожилий. По мнению указанного автора, коллаге-новые волокна сухожилий либо расщепляются на отдельные фибриллы, либо набухают, образуя гомогенный бесструктурный массив, обнаруживается много трещин и пустот.
О том, что лиофилизация изменяет структурные и пластические свойства биологических тканей, таких как роговица, склера, твердая оболочка головного мозга, аорта, отмечает в своих работах Р.Н. Подопригора [15].
А.С. Имамалиевым [16] было установлено, что лиофилизированная кость отличается от нативной по прочности и характеру деформации. При испытании на изгиб прочность лиофилизированной кости оказалась меньше, чем у нативной. Однако ре-гидратация лиофилизированной кости практически восстанавливает упругость, утраченную в результате лиофилизации. Анализ прочностных свойств дермальных лиофилизированных трансплантатов на растяжение показал, что их показатели сопоставимы с показателями аналогичных характеристик нативных образцов [17].
В тканевом банке ФГБУ «ВЦГПХ» МЗ РФ (г. Уфа) достаточно подробно были изучены структура и прочностные свойства аллотрансплантатов пяточного сухожилия, широкой фасции бедра, твердой оболочки головного мозга, дермы опорных участков стопы до и после лиофилизации. В результате исследования было установлено, что наиболее выраженные изменения прочностных свойств (снижение предела прочности) происходят в ткани с ориентированным типом волокнистого остова - пяточном сухожилии. Фиброархитектоника данного трансплантата приобретает строение микропористой губки, однако структура самих коллагеновых волокон сохраняется. В тканях со смешанным типом волокнистого остова (широкая фасция бедра, твердая оболочка головного мозга) выявлено не-
22 ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА
Том 17, №1. 2019
значительное падение прочностных характеристик. Структурные изменения лиофилизированных образцов заключаются в разволокнении пучков коллагеновых волокон, между которыми локально наблюдаются пустоты. У аллотрансплантатов дермы опорных участков стопы с пространственным неориентированным типом волокнистого остова прочностные свойства после лиофилизации не изменяются, фиброархитектоника сохраняет сложную пространственную организацию [18].
Снижение прочностных свойств является существенным ограничением использования лиофили-зированных трансплантатов при укрепляющих операциях, где главную роль играют их прочностные характеристики [19]. Изменения в структуре лио-филизированных трансплантатов можно рассматривать как деструкцию волокнистого остова, но можно взглянуть на данные структурные изменения с другой стороны. Модифицированная структура лиофилизированных соединительнотканных трансплантатов может использоваться для восстановления тканей с дренажной функцией, при заполнении дефектов тканей [20]. Так, дренирующие свойства модифицированных лиофилизированных губчатых аллотрансплантатов используют для операций спонч-дренирования при различных формах глаукомы, а также при невритах зрительного нерва, когда необходимо усиление кровообращения в заднем отрезке глазного яблока [21]. Лиофилизи-рованные губчатые аллотрансплантаты, помещенные в супрахориоидальное пространство глаза, длительно (в течение 5 лет) не рассасываются, не рубцуются, сохраняют в тканях реципиента свою первоначальную структуру, выполняя дренажную функцию, прорастают кровеносными сосудами, создавая дополнительное питание оболочкам глаза [22]. Лиофилизированные губчатые аллотрансплантаты применяются в урологической практике для закрытия раневых дефектов почек. Эффект проводимых операций основывается на моделирующей роли трансплантатов в репаративной регенерации структурных элементов нефрона [23].
Специфика структурных преобразований, а именно приобретение пористости, также позволяют применять модифицированные трансплантаты в качестве аллогенных носителей [24]. В настоящее время широкое распространение получил метод «адресной» доставки лекарственных препаратов и клеточных культур с применением в качестве ал-логенных носителей лиофилизированных алло-трансплантатов. По мнению ряда исследователей, направленная доставка лекарственных веществ позволяет снизить дозу вводимого препарата и минимизировать его воздействие на другие ткани [25]. При проведении слуховосстанавливающих операций Л.Н. Аськовой с соавторами [26] применялась лиофилизированная твердая оболочка головного мозга плода человека, насыщенная антибиотиками (Цефазолин) в сочетании с фунгицидными препаратами или производными нитрофурана (Флукона-зол, Солафур). При этом аллотрансплантаты, насыщенные посредством фонофореза антибиотиком, сохраняли длительную антибактериальную активность, обеспечивая подавление микрофлоры в послеоперационном периоде. Г.П. Котельниковым с соавторами [27] использовались лиофилизирован-ные пористые трансплантаты, изготовленные по технологии «Лиопласт®», в качестве аллогенных носителей для культуры собственных хондроцитов в зону дефекта при хондропластике. Было выявле-
но отсутствие цитотоксического действия материалов на хондробласты и клетки из стромы гиалинового суставного хряща. Результаты морфологических исследований свидетельствовали о формировании новообразованной хрящевой ткани в области дефекта суставного хряща. В работе Х.Х. Мухаева с соавторами [28] разработана методика подготовки атрофированных тканей перед протезированием пациентов с полным отсутствием зубов на нижней челюсти. Для решения этой задачи применялась лиофилизированная твердая оболочка головного мозга, насыщенная иммуномодулирующим и гепа-топротекторным препаратом «Лаеннек», при этом были созданы условия для полноценного закрытия раневого дефекта слизистой и стимуляции заживления в месте его локализации. Ряд авторов рекомендуют использовать лиофилизированную костную крошку импрегнированную антибиотиками гентамицином и ванкомицином. Эффективность каждого препарата измерялась с помощью тестов на высвобождение лекарственных веществ и бактериальной восприимчивости с использованием B. subtilis, S. aureus. Отмечается, что пористая структура лиофилизированной костной стружки позволяет поддерживать достаточную концентрацию терапевтической дозы антибиотиков в течение двух недель после проведенных операций [29].
Лиофилизированные трансплантаты применяются, в том числе и в качестве укрывных мембран. Так, при заполнении неровностей контура носа, в тех случаях, когда костно-пластическая операция не показана или нецелесообразна из-за несоизмеримости эстетического дефекта и тяжести операции, используются лиофилизированные трансплантаты широкой фасции бедра [30]. Для закрытия дефектов слизистой оболочки при хирургических вмешательствах на тканях пародонта С.И. Вырма-скиным [31] были применены лиофилизирован-ные аллогенные мембраны твердой оболочки головного мозга. Полученные результаты показали, что применение данного вида пластического материала позволяет оптимизировать реконструктивные оперативные вмешательства на пародон-те, сопровождающиеся дефицитом мягких тканей. Лиофилизированные твердая оболочка головного мозга и широкая фасция бедра (биоимплантаты «Тутопласт®») были использованы при пластике дефектов брюшной стенки. Данный метод зарекомендовал себя как безопасный и эффективный при проведении подобных операций [32].
Таким образом, обзор литературных данных, посвященных лиофилизированным аллотрансплан-татам и их применению в клинической практике показал, что данный вид пластического материала заслуженно занимает одно из ведущих мест в области реконструктивной медицины. Однако преобразование структуры и снижение прочностных характеристик некоторых лиофилизированных ал-лотрансплантатов являются ограничением их использования в проведении укрепляющих операций, при которых решающую роль играют биомеханические свойства тканей. Такие аллотрансплантаты могут применяться при заполнении объемных дефектов тканей, в качестве укрывных мембран, бионосителей для лекарственных веществ и культур клеток.
Шангина О.Р. - ORCID ID: 0000 0002 0343 1792 Булгакова Л.А. - ORCID ID: 0000 0003 2195 6928
ЛИТЕРАТУРА
1. Покровская Е.М. Современные трансплантаты для восстановления костных дефектов в ринологии // Вестник оториноларингологии. - 2015. - № 80 (4). - С. 22-26.
2. Санеева Ж.Х., Каган И.И. Морфологический анализ поведения «Аллопланта», имплантированного в стенку глазного яблока в условиях его экспериментальной субатрофии // Практическая медицина. - 2017. - Т. 2, № 9 (11). - С. 179-182.
3. Семенов Ф.В., Соколов М.Ю. Применение трансплантатов при реконструктивной хирургии ретротимпанальных отделов среднего уха // Российская оториноларингология. - 2017. - № 6 (91). -С. 110-117.
4. Клен Р. Заготовка и консервирование тканей. - Прага: Государственное издательство медицинской литературы, 1962. - 316 с.
5. Flosdorf E.W. Freeze-drying: drying by sublimation. - Reinhold Pub. Corp., 1949. - 280 p.
6. Панова М.И. О консервации и трансплантации гомотканей // Хирургия. - 1960. - № 6. - С. 84.
7. Юмашев Г.С. Костная пластика лиофилизированным трансплантатом. - М.: Медгиз, 1963. - 135 с.
8. Шангина О.Р., Хасанов Р.А., Булгакова Л.А. Закономерности изменений структуры лиофилизированных соединительнотканных аллотрансплантатов // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2013. - №4 (153). - С. 299-302.
9. Савельев В.И., Корнилов Н.В. Актуальные проблемы трансплантации тканей. - СПб.: МОРСАРАВ, 2001. - 152 с.
10. Коваленко П.П. Пересадка тканей и органов. - Ростов н/Д: Изд-во Ростовского ун-та, 1976. - 48 с.
11. Коваленко П.П. Основы трансплантологии. - Ростов н/Д: Изд-во Ростовского ун-та, 1975. - 179 с.
12. Третьяков В.Б., Малюченко Л.И. Артроскопическая реконструкция изолированных повреждений передней крестообразной связки аллогенным лиофилизированным трансплантатом связки надколенника // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. - 2013. - № 3. - С. 31-35.
13. Кристостурян Р.О., Карнаухов Н.Ф. Клинический опыт трансплантации аллогенных лиофилизированных тканей // Трансплантация органов и тканей: матер. V Всесоюз. науч. конф. по пересадке органов и тканей. - Горький, 1970. - С. 204-205.
14. Демичев Н.П. Биологические проблемы гомотранспланта-ции лиофилизированных сухожилий // Трансплантация органов и тканей: матер. V Всесоюз. науч. конф. по пересадке органов и тканей. - Горький, 1970. - С. 205-206.
15. Подопригора Р.Н. Методы консервации донорского материала // Нов. технол. микрохир. глаза. - 2004. - № 38. - С. 100-103.
16. Имамалиев А.С. Биологическая оценка трансплантируемых тканей. - М.: Наука, 1975. - 184 с.
17. Mahdavi-Mazdeh M., Nozary Heshmati B., Tavakoli S.A.H. et al. Human split-thickness skin allograft: Skin substitute in the treatment of burn 2013 // International Journal of Organ Transplantation Medicine. - № 4 (3). - Р. 96-101.
18. Шангина О.Р., Хасанов Р.А., Булгакова Л.А. и др. Сравнительная характеристика фиброархитектоники и прочностных свойств лиофилизированных аллотрансплантатов с различным типом волокнистого остова // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. - 2015. - № 1. - С. 12-17.
19. Шангина О.Р., Булгакова Л.А. Сравнительный анализ прочностных свойств соединительнотканных аллотрансплантатов до и после лиофилизации // Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии: сборник тезисов. - Астрахань, 2017 - С. 32-34.
20. Шангина О.Р. Морфологические основы радиационной устойчивости соединительнотканных трансплантатов: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - Саранск, 2007. - 34 с.
21. Мулдашев Э.Р., Мусина Л.А., Шангина О.Р. и др. Морфологическая оценка губчатых аллотрансплантатов для целей офталь-мохирургии // Практическая медицина. - 2017. - Т. 2, № 9 (110). -С. 137-141.
22. Мусина Л.А., Муслимов С.А., Корнилаева Г.Г. и др. Морфология губчатого аллотрансплантата после операции дренирования заднего отдела глазного яблока // Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии. - Астрахань, 2017. - С. 225- 227.
23. Нигматуллин Р.Т., Шангина О.Р., Хасанов Р.А. и др. Губчатый биоматериал как субстрат для регенерации структурных элементов нефрона // Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии. - Санкт-Петербург, 2010. - С. 101-102.
24. Булгакова Л.А., Шангина О.Р. Сравнительная характеристика аллотрансплантатов для склеропластики, изготовленных разными способами // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2012. - № 12 (148). - С. 23-25.
25. Белый Ю.А., Терещенко АВ., Новиков С.В. и др. Клинико-морфологические аспекты безопасности интраокулярного введения импланта // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2015. - № 12 (187). - С. 25-29.
26. Аськова Л.Н., Волова Л.Т., Денисов М.В. Эффективность применения новых пластических материалов при хирургическом лечении тугоухости // Клинические и фундаментальные аспекты клеточных и тканевых биотехнологий: матер. II Всерос. симп. -Самара, 2004. - С. 65.
27. Котельников Г.П., Волова Л.Т. Биотехнологии в Самарской области // Клинические и фундаментальные аспекты клеточных и тканевых биотехнологий: матер. II Всерос. симп. - Самара, 2004. -С. 3-6.
28. Мухаев Х.Х., Ефимов Ю.В., Ярыгина Е.Н. и др. Новый способ вестибулопластики при мелком преддверии полости рта // Волгоградский научно-медицинский журнал.- 2008. - № 2. - С. 55-56.
29. Coraga-Huber D.C., Ammann C.G., Nogler M. et al. Lyophilized allogeneic bone tissue as an antibiotic carrier // Cell and Tissue Banking. - 2016. - № 17 (4). - P. - 629-642.
30. Нуралиев М.Х. Использование фасциальных аллотрансплантатов при ринопластике: автореф. дис. ... канд. мед. наук. -М., 2008. - 24 с.
31. Вырмаскин С.И. Опыт применения аллогенной твердой мозговой оболочки при хирургических вмешательствах на тканях па-родонта // Инновационные технологии в трансплантации органов, тканей и клеток: матер. Всерос. конф. - Самара: ООО «Офорт», 2008. - С. 19-20.
32. Бобров О.Е., Алещенко И.Е., Мендель Н.А. и др. Пластика дефектов брюшной стенки с применением биоимплантантов «Ту-топласт®» // Материалы международного конгресса хирургов. -Петрозаводск: ПетрГУ, 2002. - Т. 2. - С. 262-263.
