Сучасні можливості дієвого впливу на процеси репарації кісткової та хрящової тканини

Стаття у форматі PDF

9-11 жовтня в Івано-Франківську відбувся XVIІI З’їзд ортопедів-травматологів України, під час якого було розглянуто широке коло актуальних клінічних проблем, пов’язаних із діагностикою та лікуванням різноманітної патології опорно-рухового апарату. Значна увага була приділена таким науковим і практичним напрямам, як експериментальні та клінічні дослідження, остеопенія й остеопороз, травматичні ураження різних відділів опорно-рухового апарату, можливості малоінвазивної хірургії, ендопротезування великих суглобів тощо. Окремою темою форуму став розгляд можливостей застосування в сучасній ортопедії та травматології інноваційних репаративних технологій – цьому питанню було присвячено одразу декілька виступів вітчизняних і зарубіжних фахівців.

Керівник відділу мікрохірургії та реконструктивно-­відновлювальної хірургії верхньої кінцівки ДУ «Інс­титут травматології та ортопедії НАМН України» (м.  Київ), член-­кореспондент НАМН України, доктор медичних наук, професор Сергій Семенович Страфун розглянув питання нормалізації термінів зрощення кісток при переломах:

– Згідно з даними зарубіжних епідеміологічних досліджень (Donaldson L. G. et al., 2008), частота переломів становить 3,6 випадку на 100 осіб на рік. Поширеність переломів протягом усього життя перевищує 50% у чоловіків середнього віку (45-50 років) і 40% у жінок віком понад 75 років. Від третини до половини в загальній структурі переломів становлять переломи нижніх кінцівок, які, крім прямого медичного й економічного тягаря, зумовлюють підвищення показників захворюваності та смертності. Окремою та вкрай актуальною проблемою сучасної травматології є незро­щені переломи, частота яких, згідно з різними світовими даними, становить 5-10%. Частота незрощених переломів довгих трубчастих кісток істотно варіює: при переломах стегнової кістки цей показник досягає 12%, плечової – 33%, великогомілкової – за деякими даними, 80%.

Виділяють неспецифічні та специфічні фактори, що підвищують ризик незрощення переломів. До числа неспецифічних належать похилий і старечий вік, куріння, незадовільний контроль цукрового діабету, остеопороз, дефіцит вітаміну D, кальцію чи білка, зловживання алкоголем, зниження м’язової маси, неналежний обсяг фізичних навантажень, пост­менопауза в жінок тощо. Серед специфічних факторів незрощення переломів найбільш значущим, безумовно, є високоенергетичний характер травми. Крім того, до числа таких факторів належать супутнє значне травмування м’яких тканин, велика зона травми та високий індекс Gustilo – Anderson, великі міжфраг­ментарні прогалини, біомеханічна нестабільність, інфекція, тривала іммобілізація, періопераційне чи тривале застосування нестероїдних протизапальних препаратів, комплекс осколкових переломів, переломи діафізу й велика гематома.

Загальновідомо, що важливе значення для процесу зрощення кісток має адекватне забезпечення організму кальцієм – препарати з його вмістом призначаються хворим уже з перших днів після перелому. Згідно з наказом МОЗ України від 03.09.2017 № 2073 «Про затвердження норм фізіологічних потреб населення України в основних харчових речовинах і енергії», добова потреба в кальції в дорослих чоловіків становить 1200 мг, у дорослих жінок – 1100 мг. ­Вагітні повинні щодня споживати додатково ще 300 мг кальцію, жінки, котрі годують грудним молоком, – ще 400 мг. На жаль, реальні рівні споживання кальцію дорослим населенням України не відповідають затвердженим нормам. Так, у дослідженнях вітчизняних учених показано: в Україні 81% жінок у постменопаузі споживають кальцію менш ніж 700 мг/добу, 47% – менш ніж 400 мг/добу. Слід зазначити, що в розвинених країнах ситуація із забезпеченням організму дорослих людей кальцієм не краща: зокрема, у США середній рівень споживання кальцію дорослими людьми становить приблизно 600 мг/добу. Тож потреба населення всього світу в додатковому прийомі дієтичних добавок і препаратів на основі кальцію є об’єктивно високою.
Кальцієві комплекси «еволюціонували», і на сьогодні їх можна умовно поділити на 3 покоління: прості солі кальцію (карбонат, цитрат тощо); комбінації кальцію та вітаміну D₃; спеціальні кальцієві комплекси з факторами росту (зокрема, мікрокристалічний гідрокси­апатитний комплекс із факторами росту MCH-Cal™).

Включення факторів росту до складу кальцієвих комплексів, які рекомендовано приймати в разі переломів, зумовлено необхідністю стимуляції функції остеобластів. Встановлено, що низький рівень транс­формуючого фактора росту β (TGF‑β) може виступати діагностичним предиктором затримки зрощення перелому. Фактори росту також відіграють важливу роль у формуванні м’якої кісткової мозолі: вони пришвидшують її утворення на ранньому етапі після перелому саме завдяки стимулюванню остеобластів, які беруть безпосередню участь в утворенні колагену.

Сьогодні в Україні доступний кальцієвий комплекс із факторами росту (MCH-Cal™, МСНА, або ­мікрокристалічний гідроксиапатит)*, що містить як мінеральні, так і органічні компоненти. Мінеральна складова (гідроксиапатит кальцію) включає кальцій, фосфор і деякі інші макро- та мікроелементи (магній, цинк, залізо, бор). Кальцій у вигляді гідроксиапатиту сприяє його повнішій абсорбції зі шлунково-­кишкового тракту. Фосфор забезпечує фіксацію кальцію в кістковій тканині, утворюючи гідроксиапатит (фаза мінералізації кістки), а також зменшує його виведення нирками. Органічна складова (осеїн) представлена протеїнами та пептидами (фактори росту, остеокальцин, колаген тощо). Найважливішими складовими ­кальцієвого комплексу із факторами росту є інсуліноподібні фактори росту 1 і 2 (IGF‑1, IGF‑2), а також TGF‑β. Такий комплекс рекомендується застосовувати з метою регуляції кальцієво-­фосфорного обміну при дефіциті кальцію в організмі, при остеопорозі й для поліпшення зрощення кісток у разі переломів.

У ході експериментальних досліджень було продемонстровано, що протеїни MCH-Cal™ збільшували мінералізацію кісткової тканини завдяки стимуляції диференціювання остеобластів та утворенню нового кісткового матриксу (Mussоn D. S. et al.), тобто вони діяли як анаболічний фактор формування кісткової тканини в 2D- та 3D‑оточенні. Ці дані свідчать про те, що мікрокристалічний гідроксиапатитний комплекс ­MCH-Cal™ має значний потенціал застосування в репаративній регенерації кісток.

Отже, незрощення переломів і дефіцит кальцію в раціоні є актуальними проблемами в усьому світі, у тому числі в Україні. Сучасний остеогенний комплекс на основі мікрокристалічного гідроксиапатиту з високим умістом факторів росту й остеокальцину ­може бути рекомендований пацієнтам із переломами кісток для запобігання затримці їх зрощення.

Зарубіжний гість конференції, доктор Vijaya Juturu (Consumer Health and Nutrition, Lonza Inc., США) представила наукові дані щодо можливостей застосування у хворих на остео­артрит нового хондропротектора – неденатурованого колагену 2-го типу (UC-II™):

– Експерти стверджують, що клінічно виражений остеоарт­рит колінних суглобів протягом життя розвинеться у 2 із 3 людей. За даними 2010-2012 рр., лише у США артрит було офіційно діагностовано в 49,7% осіб віком понад 65 років. На ревматичні захворювання загалом (остеоартрит, ревматоїдний артрит, подагру, системний червоний вовчак, фіброміалгію) страждають 52,5 млн мешканців США. Тож проблема підтримання здоров’я суглобів і профілактики їх ураження є вкрай актуальною та водночас далекою від успішного вирішення.

Наразі на ринку представлено багато дієтичних добавок і лікарських засобів, які мають заявлені хондропротекторні властивості. Проте нещодавно виконаний мета­аналіз (Liu X. et al., 2018) з оцінки ефективності різноманітних інгредієнтів, які використовуються для підтримки здоров’я суглобів, показав, що багато з них демонструють позитивні результати лише в короткостроковій перспективі (≤3 міс), тоді як через 3-6 міс клінічні результати зазвичай не відрізняються від таких на тлі застосування плацебо. Серед досліджених у цьому метааналізі речовин вигідно вирізнявся UC-II™, який істотно покращував клінічні результати у хворих на остео­артрит із плином часу. Слід зазначити, що цей хондропротектор набуває дедалі більшої популярності в самих пацієнтів: тоді як аналіз динаміки продажів на фармринку США продуктів, призначених для підтримки здоров’я суглобів, демонструє поступове скорочення обсягу цієї категорії, обсяг продажу інноваційних хондропротекторів на основі UC-II™, навпаки, стабільно зростає щороку.

UC-II™ – це запатентований і ретельно вивчений у ході клінічних досліджень активний інгредієнт, призначений для підтримки здоров’я суглобів. UC-II™  випускається в США компанією Lonza з дотриманням вимог Належної виробничої практики (GMP) за спеціальною «м’якою» технологією, котра дає змогу зберегти природну тривимірну структуру колагену, що є запорукою реалізації його біологічних ефектів. UC-II™  має багатогранний механізм дії та при пероральному прийомі в невеликих дозах допомагає підтримувати здоров’я суглобів у тварин і людей. Він сприяє покращенню рухливості та гнучкості суглобів, нормалізації їх функціонування при фізичних навантаженнях і зменшенню скутості.

Ефекти UC-II™ були доведені в ході як експериментальних досліджень на тваринах, так і випробувань за участю людей – здорових добровольців і пацієнтів з остеоартритом.

Так, рандомізоване подвійне сліпе плацебо-­контро­льоване дослідження, проведене J. P. Lugo та співавт. (2013), встановило ефекти UC-II™ у здорових людей (n=55). Дослідження тривало 120 днів; учасники отримували UC-II™ у дозі 40 мг/добу чи плацебо. Оцінювалася поява болю в колінному суглобі під час виконання стандартизованого фізичного навантаження на біговій доріжці. Було показано, що на тлі прийому UC-II™ ­період до появи болю істотно подовжувався, а переносимість хондропротектора була дуже доброю.

У багатоцентровому рандомізованому подвійному сліпому плацебо-­контрольованому дослідженні (Lugo J. P. et al., 2016), у якому взяли участь 186 пацієнтів з остеоартритом із 13 клінічних центрів, вивчали ефекти комбінації глюкозаміну та хондроїтину (1500 мг/добу + 1200 мг/добу), UC-II™ (40 мг) і плацебо. Первинною кінцевою точкою виступала зміна загальної оцінки за шкалою WOMAC (оцінка фізичної функції, скутості та болю в колінному суглобі) через 180 діб. Отримані результати засвідчили, що на тлі застосування UC-II™ відзначалося достовірне зменшення оцінки за шкалою WOMAC порівняно із плацебо та комбінацією глюкозаміну й хондроїтину. При цьому протягом усього періоду спостереження (до 6 міс включно) ефективність комплексу глюкозаміну та хондроїтину не відрізнялася від плацебо.

Дослідження на моделі остеоартриту в щурів (Bagi C. M. et al., 2017) продемонструвало, що прийом клінічно значущої дози UC-II™ одразу після ушкодження суглобового хряща (після часткової меніск­ектомії) забезпечує покращення механічної функції ураженого колінного суглоба. Автори також встановили, що UC-II™ сповільнює процес формування остеофітів в ушкодженому суглобі й послаб­лює дегенерацію хряща.

Ще один важливий механізм дії UC-II™ – вплив на процеси запалення, котрі відіграють велику роль у втраті суглобового хряща при остеоартриті. Повторний прийом невеликих доз UC-II™ сприяє індукції оральної толерантності та ініціації внутрішньоклітинних сигнальних каскадів завдяки стимуляції синтезу спеціальних Т-регуляторних лімфоцитів, що веде до продукції протизапальних цитокінів та зменшення деструкції хрящової тканини.

Отже, дослідження на лабораторних тваринах різних біо­логічних видів (загалом 10 досліджень) і клінічні випробування за участю здорових добровольців і пацієнтів з остеоартритом демонструють, що брендовий продукт на основі UC-II™ (Меркана) сприяє полегшенню дискомфорту в суглобах, покращенню їх рухливості та гнучкості. Серед людей проведено 4 клінічні дослідження за участю загалом 276 осіб обох статей; продукт вивчався за умови застосування в дозовому діапазоні 10-40 мг/добу протягом періоду від 2 тиж до 6 міс. Ефект UC-II™ є достовірно кращим, аніж у комбінації глюкозаміну та хондроїтину, з огляду на оцінку за шкалою WOMAC (Lugo J. P. et al., 2016). UC-II™ (­Меркана) забезпечує високу прихильність до дотримання режиму застосування, оскільки його достатньо приймати лише 1 раз на добу. UC-II™ офіційно зареєстрований Управлінням із контролю якості продуктів харчування та лікарських засобів США (FDA) як новий харчовий інгредієнт. Про високий профіль безпеки UC-II™ переконливо свідчить той факт, що протягом більш ніж 7 років застосування не було зареєстровано жодного повідомлення про виникнення будь-­яких небажаних явищ. Спеціальні токсикологічні дослідження також засвідчили безпеку UC-II™ – відсутність мутагенного потенціалу та впливу на метаболічні процеси. На сьогодні, крім США, UC-II™ (Меркана) зареєстрований у багатьох країнах світу, а віднедавна став доступний і в Україні.

Ортопед-­травматолог ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України» Сергій Павлович Чорнобай розповів про методику отримання та клінічного застосування стромально-васкулярної фракції (СВФ) за допомогою системи Hy-­Tissue SVF (Fidia, Італія), а також на відео продемонстрував лікарям її використання під час майстер-­класу:

– Застосування стовбурових клітин наразі розглядають як перспективний напрям лікування в сучасній ортопедії та травматології, оскільки більшість традиційних методів терапії, на жаль, забезпечують лише симптоматичне полегшення. Активація регенеративного потенціалу травмованої та пошкодженої тканини за допомогою стовбурових клітин є новою стратегією лікування хронічних захворювань опорно-­рухового апарату, котра вже продемонструвала певні обнадійливі результати.

Стовбурові клітини можна класифікувати на 2 основні форми: ембріональні та стовбурові клітини дорослих. ­Останні, до яких належать мезенхімальні стовбурові клітини (МСК), можна поділити на некультивовані форми (входять до складу СВФ) і культивовані.

Найчастіше СВФ має аутологічний характер, і процес її отримання – це лікарська процедура. Отримання культивованих стовбурових клітин, навпаки, передбачає зростання та розмноження клітин із використанням різних поживних речовин у лабораторних умовах. Тому їх застосування в медичних цілях потребує особливого державного регулювання. У зв’язку з цим в ортопедичній практиці найчастіше використовується аутологічна СВФ, отримана з жирової тканини.

Хоча МСК можна знайти в багатьох тканинах людини, клінічно придатну кількість аутологічних некультивованих МСК можна отримати лише з кісткового мозку та жирової тканини. Традиційний спосіб отримання кісткового мозку, особливо в об’ємі більш ніж кілька мілілітрів, може бути болючим, тому часто потребує загальної або спінальної анестезії. До того ж при обробці забраного матеріалу можна отримати значно меншу кількість МСК, аніж очікувалося. Перевага жирової тканини як джерела багатолінійних стовбурових клітин полягає в їх достатній кількості (в 100-500  разів більше, ніж у кістковому мозку) та простоті отримання за допомогою ліпосакції.

Регенеративні властивості СВФ пов’язують не тільки зі стовбуровими клітинами, а й зі змішаною клітинною популяцією. У СВФ є 3 основні групи клітин: зрілі (адипоцити, фібробласти, міоцити, ендо­теліоцити); клітини-­попередники (ендотеліальні, вас­кулярні, гемопоетичні, преадипоцити); стовбурові (мезенхімальні, гемопоетичні, супраадвентиційні, перицити).

Стовбурові клітини здатні до диференціації в остеогенні, хондрогенні та інші клітини. У разі остеоартриту МСК можуть диференціюватися в хондроцити та сприяти поліпшенню функцій суглоба та зменшенню болю. Механізми, завдяки яким МСК реалізує свої ефекти, включають їх пряме приживлення в зоні ураження хрящової тканини («хоумінг-­ефект»), а також дію трофічних біоактивних факторів, які містяться в СВФ (цитокінів, факторів росту, екстрацелюлярних везикул тощо). Принцип «хоумінг-­ефекту» МСК полягає в тому, що стовбурові клітини мають ефект «наведення» – здатність мігрувати до тканини-­мішені, взаємодіючи з різними хемокіновими рецепторами, такими як CXCR4, інтегрини, селектини, молекули адгезії клітин судин.

Було проведено 2 фундаментальні експериментальні дослідження, що показали здатність уведених МСК прикріплюватися в місці пошкодження та регенерувати хрящ. У 2008 р. група дослідників з Японії опуб­лікувала звіт про регенерацію хряща меніска в щурів. Із синовії щурів, яким було завдано експериментальне пошкодження меніска, виділили МСК. Їх уводили в суглоби за допомогою черезшкірної внутрішньосуглобової ін’єкції. Стовбурові клітини мігрували до місця травми та регенерували хрящ, заповнюючи дефект меніска. У 2017 р. група дослідників із Кореї пересадила МСК пуповинної крові в суглоб кролика для відновлення дефектів хряща. МСК «прилипали» до ділянки пошкодження та виправляли дефекти, регенеруючи хрящі з утворенням клітинної архітектури та розташуванням колагену, подібних до таких у нормальної хрящової тканини.

Доведено, що стовбурові клітини втрачають ефект самонаведення при великій кількості пасажів під час культивації. Навпаки, стовбурові клітини у складі СВФ із жирової тканини мають відносно сильний ефект самонаведення («хоумінг-­ефект»).

Встановлено, що МСК виробляють цілу низку трофічних факторів і цитокінів, які співпрацюють, сприяючи регенерації хрящової тканини: фактор, індукований гіпоксією (HIF); основний фактор росту фібробластів (bFGF); фактор некрозу пухлини (TNF); трансформуючий фактор росту 1 (TGF‑1); інсуліноподібні фактори росту (IGF); судинний ендотеліальний фактор росту (VEGF); інтерлейкіни (ІЛ) 10 і 13; зв’язувальний білок ІЛ‑18; антагоніст рецепторів ІЛ‑1; антиапоптотичні білки. Особлива роль серед цих цитокінів відводиться HIF, який сприяє хондрогенезу, а також IGF‑1, який забезпечує проліферацію та диференціацію МСК.

Окрім зниження кількості запальних факторів, наявних у хворому суглобі, МСК можуть запобігати загибелі хондроцитів завдяки поліпшенню місцевого мікро­середовища за рахунок експресії антиапоптотичних білків і стимулювання вироблення інгібіторних білків апоптозу.

Значні регенеративні властивості мають екстрацелюлярні везикули: вони здатні переносити біоактивні цитоплазматичні компоненти, такі як нуклеїнові кислоти, мітохондрії, ліпіди та білки, зі стовбурових клітин до клітин-­реципієнтів. Серед підтипів екстрацелюлярних везикул більшість наявних даних стосуються екзосом. Екзо­соми виділяються стовбуровими клітинами (донори) та, перебуваючи в позаклітинному просторі, захоплюються місцевими клітинами (реципієнти) шляхом злиття з клітинною мембраною чи фагоцитозом, вивільняючи їх цитоплазматичний уміст, що чинить регенеративну дію за рахунок поліпшення клітинного вмісту, зменшення апоптозу й імуномодуляції. Зокрема, екзосоми здатні переносити від МСК до хондробластів і хондроцитів міто­хондріальні ферменти для відновлення в них синтезу аденозинтрифосфату – АТФ (для остеоартриту характерна дисфункція АТФ).

У травматологічній практиці накопичено досвід використання СВФ за 3 основними напрямами:

1. Відновлення хрящів при:

• остеоартриті;
• остеохондральних пошкодженнях;
• хондромаляції колінного суглоба;
• пошкодженнях меніска.

2. Відновлення кісток при:

• остеонекрозі головки стегнової кістки;
• переломах кісток;
• незрощених переломах.

3. Відновлення зв’язок і сухожилків при:

• тендинопатіях (наприклад, ахілового сухожилка);
• латеральному та медіальному епікондилітах;
• ARS-синдромі.

Система Hy-­Tissue SVF (Fidia, Італія) – це зручний набір, який дає змогу отримати ліпоаспірат і виділити з нього СВФ. Ця система містить:

1. Мішок для забору жиру:

• 1 канюля (18 см);
• 6 отворів (11G);
• 1 вакуумний шприц (20 мл);
• 1 скальпель № 11.

2. Гомогенізаційний мішок:

• 1 мішок із фільтром 120 мкм і тефлоновою вставкою (250 мл);
• 6 шприців із фіксатором голки типу «Люер-­лок» і ­поршнем, що виймається (20 мл).

3. Мішок для сепарації:

• 1 мішок із фільтром 120 мкм (20 мл);
• 1 біла голка для торакоцентезу (16G × 80 мм);
• 1 зелена голка для торакоцентезу (14G × 80 мм);
• 1 рожева голка для торакоцентезу (18G × 80 мм);
• 2 шприци з фіксатором голки типу «Люер-­лок» (10 мл);
• 1 з’єднувач шприц/шприц.

4. Мішок із перев’язувальними матеріалами:

• 2 марлі медичні (5×5 см);
• 2 поліуретанові пов’язки (10×12 см).

Клітинний продукт, отриманий за допомогою системи Hy-­Tissue SVF, містить життєздатні клітини, котрі не були піддані значним маніпуляціям. Процедура забору ліпо­аспірату триває 30-40 хв. Набір Hy-­Tissue SVF легкий у використанні, й освоїти роботу з ним можна досить швидко.

Отриманий під час ліпоаспірації зразок має наступні особливості:

• жирова тканина відбирається в невеликих кількостях;
• маніпуляції проводяться за допомогою схваленого пристрою (система Hy-­Tissue SVF пройшла оцінку відповідності вимогам технічного регламенту й отримала сертифікат відповідності);
• зібраний жир складається з ліпоаспірату з мінімальною порцією крові;
• відібрана жирова тканина є однорідною та містить значну частку адипоцитів;
• процедура полягає в отриманні аутологічного жиру під час одного хірургічного сеансу, без необхідності зберігання зібраної тканини, а після обробки негайно застосовується для одного й того ж пацієнта;
• жирова тканина обробляється лише механічними засобами без використання ферментів або хімічних добавок під час стерильної обробки;
• жирова тканина отримується за допомогою мінімальних маніпуляцій – незначного механічного розділення.

Загалом процедура отримання СВФ із жирової тканини складається з 4 етапів. На першому етапі виконується забір жиру – безпечна та швидка ліпосакція за допомогою спеціальної канюлі. На другому етапі здійснюється гомогенізація: зібрану тканину роблять ідеально однорідною з використанням поліуретанового мішка зі спеціальною вставкою з тефлону з фільтром 120 мкм. Потім проводиться центрифугування гомогенізованого аспірату, що забезпечує сепарацію 3 різних фаз: СВФ, жирової частини та маслянистої рідини. На останньому етапі (сепарація) виконується фільтрація СВФ за допомогою спеціального мішка 20 мл із фільтром 120 мкм. Ін’єкція хворому здійснюється за допомогою одного шприца, легкого у використанні.

Отже, застосування СВФ жирової тканини є найбільш передовим засобом у репаративній терапії багатьох ­захворювань у галузі ортопедії та травматології. Система Hy-­Tissue SVF (Fidia, Італія) є інноваційним засобом, призначеним для простого та швидкого отримання й подальшого використання СВФ жирової тканини. Перший вітчизняний досвід застосування отриманої за допомогою цієї системи СВФ демонструє значний клінічний (зменшення больового синдрому, покращення функції суглоба) та структурно-­модифікуючий потенціал цієї передової ­методики лікування при остеоартрозі та інших захворюваннях опорно-­рухового апарату.

Підготувала Анжела Томічева

Тематичний номер «Хірургія, Ортопедія, Травматологія, Інтенсивна терапія» № 1 (39), 2020 р.