Заплатка на перепонку

Ученые Института химической физики РАН, Института фотонных технологий,  ФНИЦ кристаллографии и фотоники РАН и Научного центра волоконной оптики РАН совместно  с отоларингологами из Первого МГМУ им. И. М. Сеченова разработали новый метод  восстановления барабанной перепонки с использованием основного фактора  роста фибробластов (FGF-b) и биодеградируемого скаффолда.

Как устроена барабанная перепонка

Звуковые волны (механические колебания воздуха) попадают в ухо и достигают мембраны — барабанной перепонки, которая натянута на фиброзном кольце, плотно спаянном с костными стенками слухового прохода, и имеет трехслойную структуру. В наружном эпидермальном слое клеточный состав представлен в основном кератиноцитами, средний фиброзный слой содержит фибробласты и коллаген II и III типа, внутренний эпителиальный — представлен плоским неороговевающим эпителием. Именно средний фиброзный слой определяет механические параметры барабанной перепонки, такие как упругость и эластичность, и, в конечном итоге,— остроту слуха.

Звуковое давление вызывает колебания барабанной перепонки, которые передаются через слуховые косточки в улитку, где трансформируются в нервные импульсы. Одна из главных причин стойкого снижения слуха — хронический гнойный средний отит: после него (а также после травмы) возникает локальный морфологический дефект барабанной перепонки — перфорация, или, простыми словами, отверстие. Потеря целостности барабанной перепонки ведет к нарушению ее вибрации, и звук передается улитке неправильно. Перфорации барабанной перепонки чаще зарастают, но приблизительно в четверти случаев остаются навсегда. Клинически это проявляется стойким снижением слуха (кондуктивной тугоухостью), гнойными выделениями из уха, болью, головокружением и шумом.

Единственный выход для таких пациентов — трудоемкая и в большинстве случаев длительная хирургическая операция. Для пластического закрытия перфорации в перепонке используют фрагменты собственных тканей пациента — его хряща или кусочков соединительнотканной оболочки (фасции), но полного восстановления барабанной перепонки не получается: эти ткани гистологически неточно соответствуют ткани барабанной перепонки. Слух восстанавливается до 75–90%. Очень многое зависит от опыта и мастерства хирурга-оториноларинголога, то есть, иными словами, стандартной такая методика стать не может.

Выращивание перепонки

Надежду внушают последние достижения регенеративной медицины и тканевой инженерии. Теоретически можно выделить три основных направления, по которым сейчас идут исследования в этой области. Это, во-первых, использование клеточных культур из различных источников, являющихся основой любой ткани и главным «регенераторным материалом»; во-вторых, создание скаффолдов (материалов, создающих механический каркас для клеток и участвующих в регуляции дифференцировки и миграции клеток) и, в-третьих, использование регуляторных факторов.

Восстановление барабанной перепонки может быть достигнуто различными способами, например, созданием на основе скаффолда, факторов роста и стволовых клеток тканеинженерного конструкта для закрытия дефекта. Или введением в дефект перепонки скаффолда, предварительно пропитанного раствором факторов роста. Опубликовано уже более 70 экспериментальных и клинических работ, посвященных закрытию стойких перфораций барабанной перепонки с использованием тканеинженерных подходов.

Один из наиболее хорошо изученных методов — использование основного фактора роста фибробластов (FGF-b). Он вырабатывается после травмирования барабанной перепонки и усиливает регенерацию.

К примеру, в работе 2014 года японские исследователи во главе с Нобухиро Хакубой показали преимущества использования для пластики перфорации барабанной перепонки комплекса рекомбинантного фактора роста фибробластов и желатинового геля. Положительный результат был достигнут у 100% подопытных животных (морских свинок), в то время как в контрольной группе, где использовался только желатиновый гель, полноценное закрытие дефекта наблюдалось у 62,5% животных.

Обнадеживают и результаты первых клинических исследований. При прямой аппликации фактора роста фибробластов на края перфорации у 11 из 12 пациентов произошло полное закрытие дефекта барабанной перепонки, а в группе контроля спонтанное закрытие было отмечено лишь у 9 из 17 пациентов.

Российский метод

В Институте регенеративной медицины и кафедре болезней уха, горла и носа Сеченовского университета в эксперименте на шиншиллах также удалось добиться закрытия стойкой перфорации барабанной перепонки с использованием FGF-b и биодеградируемого скаффолда. Для этого была разработана модель стойкой перфорации барабанной перепонки, по многим параметрам эквивалентная реальной патологии.

Методика проведения операции включала так называемое освежение краев перфорации — удаление омозолелого края, препятствующего регенерации, и пластику дефекта с помощью полимерного носителя, содержащего FGF-b. Такая техника значительно более удобна для хирурга по сравнению с традиционной, предполагающей отделение остатков барабанной перепонки, забор аутотрансплантата, его подготовку, укладку и последующую тщательную тампонаду наружного слухового прохода.

Изучение свойств регенерированной ткани тоже было нетривиальной задачей, так как наряду с исследованием морфологических характеристик принципиально важна оценка способности перепонки вибрировать при звуковой стимуляции. Для этой цели была разработана экспериментальная установка, позволяющая фиксировать индуцированную сторонним источником звука вибрацию перепонок в диапазоне частот от 100 Гц до 10 кГц (частотный диапазон слуха у людей от 20 Гц до 20 кГц) и с помощью лазера считывать отклики волоконно-оптическим зондом (грант РФФИ 18-02-00658). Регенерированные структуры по своей морфологии и механическим свойствам значительно приближаются к нормальной барабанной перепонке.

Особенно интересными выглядят результаты, свидетельствующие о полноценном восстановлении всех слоев барабанной перепонки, которые присутствуют в нативной ткани, в том числе среднего слоя.

В ближайшее время планируется начать клинические исследования, документы подготовлены для подачи в локальный этический комитет Сеченовского университета, что приближает проведение такой операции людям.

Работа поддержана грантом РФФИ 18-02-00658 и проектом повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров (5-100).