БИОЛОГИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, ПОДХОДЯЩИЙ ДЛЯ ТЕРАПИИ ОСТЕОАРТРОЗА, ПОВРЕЖДЕНИЯ СВЯЗОК И ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ СУСТАВОВ
BIOLOGICAL MATERIAL APPLICABLE FOR THERAPY OF OSTEOARTHROSIS, LIGAMENTOUS INJURY AND FOR TREATING JOINT PATHOLOGIES

Область, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к биологическому материалу в форме вязкой жидкости, подходящему для терапии остеоартрита, повреждения сухожилий, связок, для лечения расстройств суставов и соединительных тканей в целом и поврежденной кожи.
Предшествующий уровень техники
Суставной хрящ особенно подходит для сопротивления сжатию, он не имеет ни кровоснабжения, ни лимфатического дренирования, и он полностью лишен нервных окончаний. Это подразумевает, что он неспособен к ауторегенерации для компенсации поверхностного поражения, пока в процесс не будет вовлечен подлежащий подхрящевой слой.
Таким образом, если поражение хряща неглубокое, то регенеративной реакции не будет. Напротив, если повреждение глубокое и проникает в подхрящевую кость, то оно запускает ауторегенеративный процесс, в результате чего стволовые клетки костного мозга начинают процесс дифференциации хондроцитов, который может привести к частичной репарации поврежденного хряща.
Такие симптомы, как боль и отек сустава (такого как, например, коленный сустав), могут возникнуть в результате повреждения хряща и вследствие его прогрессирующей дегенерации может развиться остеоартрит.
Данный тип поражения может часто возникать у профессиональных спортсменов (потому что они больше подвержены травмам) или у пожилых пациентов вследствие травмы суставов и постуральных дефектов или вследствие износа хряща, связанного с возрастом индивида.
В настоящее время, при хрящевых поражениях коленного сустава нехирургические способы лечения данного типа поражений, включающие физиотерапию и медикаментозную терапию, не обеспечивают возможность полного заживления хрящевого дефекта, которое между тем было достигнуто с хорошей процентной долей успеха после выполнения самых инновационных внутрисуставных хирургических имплантационных операций.
Основные методики хирургического восстановления хряща, известные в предшествующем уровне техники, представляют собой:
1. трансплантацию аутологичных хондроцитов посредством, по меньшей мере, двух различных хирургических процедур, выполняемых последовательно: первая, менее инвазивная, обеспечивает сбор (посредством артроскопии) нормальной хрящевой ткани пациента из других неповрежденных участков сустава или из внесуставного хряща. Взятый таким путем образец направляется в лабораторию для размножения клеток in vitro. После размножения хондроцитов следует действительная хирургическая операция, состоящая в трансплантации, непосредственно в участок поражения, полученных хондроцитов (транспортируемых в солевых растворах), которые могут быть «фиксированы in situ» аутологичной надкостной тканью. Данный способ крайне дорогостоящий, потому что он требует двух хирургических операций и процесса выращивания хондроцитов in vitro. Таким образом, это связано с двойной госпитализацией пациента, следовательно, пациент дважды подвергается анестезии и дважды фармакологическому лечению.
2. Второй более простой способ состоит в выполнении перфораций на поверхности сустава для достижения подхрящевой ткани поврежденной области и, таким образом, обеспечения возможности образования мезенхимального кровяного сгустка, способного достичь дефекта поверхности хряща, где клетки могут частично дифференцироваться в хондроциты. Однако вновь образованная хрящевая ткань была главным образом фиброзной, а не гиалиновой, подобно исходному хрящу, и, таким образом, она не имеет такие же физические и механические характеристики, как ткань нативного сустава.
3. Для лечения костно-хрящевых поражений известно введение хирургических имплантатов или полимерных каркасов, содержащих хондроциты и/или мезенхимальные стволовые клетки. В этом случае материал, который составляет каркас, может представлять собой полусинтетический полисахарид, такой как, например, производное гиалуроновой кислоты [1], или состоять из коллагеновых матриц. Даже эта процедура была особенно дорогой и требовала двойной госпитализации пациента и двойной операции, как описано ранее.
Другой очень распространенный тип поражения и/или воспаления соединительных тканей представляет собой поражение связок или сухожилий, и, в частности, поражение ахиллова сухожилия, особенно среди профессиональных спортсменов, которое в целом лечат (в его самых тяжелых формах) даже хирургическим путем вследствие необходимости частичной или полной реконструкции травмированной ткани. До настоящего времени хирургические методики, используемые для восстановления связок, были основаны на трансплантатах тканей и на синтетических протезах, которые, однако, имели ограниченную эффективность с течением времени. Между тем, недавние научные публикации доказали способность стволовых клеток восстанавливать ткань поврежденных сухожилий и связок: мезенхимальные клетки, собранные из таких же клеток, введенных в травмированное ахиллово сухожилие, были в действительности трансформированы в теноциты (типичные клетки сухожилия). Таким образом, сухожилие восстанавливалось вследствие увеличения продукции коллагена, который делает связки гибкими и устойчивыми.
В последнее время и в челюстно-лицевой, и костной хирургии [2], и также (и прежде всего) в хирургии соединительной ткани (и, в частности, при реконструкции/регенерации сухожилий/связок и кожи) все шире используются обогащенные тромбоцитами продукты крови, потому что данный тип материала обогащен трофическими факторами, такими как AGF (концентрат Аутологичного Фактора Роста), и, в частности, PDGF-AB (происходящие из тромбоцитов факторы роста AB) и TGFβ (опухолевой фактор роста бета) и т.д. [3, 4].
Данные продукты крови действительно используются для стимуляции репаративных процессов в поврежденной коже в результате наличия трофических венозных язв, главным образом, у пациентов с сахарным диабетом.
Стимуляция обычно запускается различными методами, как, например:
a) механическая стимуляция,
b) местное применение факторов роста,
c) местное применение продуктов тканевой инженерии.
Механическая стимуляция состоит в абразии дна и краев поражения сухой стерильной марлей или скальпелем до кровотечения. Местное применение фактора роста с тромбоцитарным концентратом, растворенным в плазме, обеспечивает возможность высвобождения PDGF (обладающего фитогенным и ангиогенным действием), TGF-B (для стимуляции фибробластов), EGF (эпидермального фактора роста) (для стимуляции клеток эпидермиса и мезенхимы) и IGF (инсулиноподобного фактора роста) (в качестве промотора клеточной дупликации). Экспериментально продемонстрировано увеличение васкуляризации ткани, хотя указанными продуктами крови трудно манипулировать и их действие in situ имеет очень короткую длительность.
Продукты тканевой инженерии являются более поздними разработками и представлены в форме гетерологичных фибробластов и кератиноцитов на биологически совместимой подложке или в форме аутологичных фибробластов на подложке гиалуроновой кислоты.
Это предусматривает использование хирургических процедур для взятия клеток у пациента с целью их выращивания in vitro перед их загрузкой на подложку.
С учетом ранее описанного уровня техники и в отношении внутрисуставного или внутридермального введения клеточных компонентов и лечения с использованием тромбоцитарных продуктов поврежденных областей сухожилий/связок или кожи (причем и клеточные компоненты, и обогащенный тромбоцитами продукт крови вводятся посредством специальных шприцев), возникает потребность в обеспечении «носителя», который достаточно текуч, но также способен одновременно обеспечивать:
- хорошую физическую/механическую консистенцию для обеспечения возможности указанного выше введения с сохранением жизнеспособности, морфологии клеточных мембран и, одновременно, способности к пролиферации и дифференциации клеток в среде носителя, но который, кроме того,
- обеспечивает возможность поддержания указанных выше клеток в участке поражения, не требуя дальнейшей фиксации, требующей последующего наложения швов и медикаментозного лечения.
Ввиду аналогичных причин, необходимо обеспечение «носителя», способного сохранить целостность тромбоцитарных продуктов крови, которые предстоит использовать, для гарантии сохранения всех биохимических и ферментных свойств белков (т.е., указанных выше трофических факторов), содержащихся в нем, и который, прежде всего, обеспечивает возможность поддержания введенных активных ингредиентов в участке поражения.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящее время заявитель обнаружил, что возможно преодоление указанных выше недостатков предшествующего уровня техники посредством биологического материала в соответствии с настоящим изобретением.
В частности, биологический материал в соответствии с настоящим изобретением включает:
-1
a) жидкий носитель, включающий вязкий раствор, содержащий, по меньшей мере, один натуральный и/или полусинтетический полисахарид, и имеющий динамическую вязкость, измеренную при 20ºC и при скорости сдвига D=350 с, в диапазоне от 100 до 250 сантипуаз и/или кинематическую вязкость в диапазоне от 99 до 248 сантистокс (измеренную в таких же условиях);
b) культуру или приготовленный для немедленного использования препарат мезенхимальных стволовых клеток, и/или
c) обогащенный тромбоцитами продукт крови.
Данный тип материала подходит для терапии остеоартрита, повреждения хрящевой ткани, повреждения сухожилий (в частности, повреждения ахиллова сухожилия), связок и, в целом, при патологии суставов и соединительных тканей в целом и поврежденной кожи.
В целом, настоящее изобретение, кроме того, относится к фармацевтическим композициям, содержащим биологический материал по настоящему изобретению, в частности, подходящий для внутрисуставного, внутридермального введения, но также для непосредственного нанесения на участок поражения.
Детальное описание изобретения
В отношении настоящего изобретения термин «вязкий раствор» используется в настоящем описании для указания однородной смеси двух или более присутствующих компонентов, в которых находится растворенное вещество, т.е. натуральный и/или полусинтетический полисахарид, полностью растворенный в растворителе, обычно воде, где термин «вода» используется для указания воды для инъецируемых препаратов, солевого раствора и т.д.
Данный тип раствора не следует путать с так называемым гелем или гидрогелем, т.е. полутвердым продуктом, компоненты которого не растворяются в растворителе, но остаются суспендированными в нем, и он в целом изготовлен из материала, который получают созданием трехмерных связей (так называемых поперечных сшивок) ковалентного химического типа, водородной связи или связи ванн дер Ваальса между различными компонентами геля и/или растворителя.
Носитель в жидкой форме (a) в биологическом материале в соответствии с настоящим изобретением представляет собой предпочтительно вязкий раствор, содержащий натуральный и/или полусинтетический полисахарид.
В соответствии с еще более предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения носитель (a) в жидкой форме представляет собой вязкий раствор, по существу состоящий из полисахарида натурального и/или полусинтетического происхождения и воды.
В отношении настоящего изобретения выражение «по существу состоящий из» используется для указания, что возможный третий компонент присутствует в концентрациях в диапазоне от 0,9 до 0,001% общей массы вязкого раствора.
Полисахарид натурального происхождения предпочтительно выбран из гиалуроновой кислоты (HA), целлюлозы, геллана, хитина, хитозана, пектина или пектиновой кислоты, агарозы, альгиновой кислоты, альгинатов, крахмала, полиманнанов, полигликанов, молекулярная масса которых, а также тип молекулы таков, чтобы обеспечить возможность/гарантировать образование вязкого раствора (а не геля), имеющего динамическую или кинематическую вязкость в пределах указанных выше диапазонов.
Полисахарид полусинтетического происхождения предпочтительно выбран из производных гиалуроновой кислоты, уже известных специалисту в данной области, таких как, например, сложный бензиловый эфир гиалуроновой кислоты, описанный в Европейском патенте EP 216453, его октиловый, октадециловый, додециловый и гексадециловый амид (EP1095064) и сложные эфиры целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза (CMC) и производные коллагена. В любом случае, данные натуральные и полусинтетические полисахариды должны иметь такую молекулярную массу, чтобы их вязкость находилась в указанных выше диапазонах, в дополнение к тому, что они должны проявлять молекулярные/физико-химические характеристики, ведущие к образованию вязкого раствора, а не геля.
Только данный тип вязкости обеспечивает возможность получения препаративной формы, подлежащей
• внутрисуставной инъекции или в участки поражения сухожилий и/или связок,
• внутридермальному введению в случае кожных поражений,
способной и обеспечить самую высокую жизнеспособность содержащихся в ней клеток и также поддерживать целостность всех биохимических и ферментных свойств, возможно, присутствующих трофических факторов, содержащихся в обогащенных тромбоцитами продуктах крови.
В соответствии с особенно предпочтительной формой осуществления изобретения, используются:
• Гиалуроновая кислота или ее фармацевтически приемлемая соль, предпочтительно натриевая соль, со средней молекулярной массой, находящейся в диапазоне от 450 до 730 кДа (средняя молекулярная масса (MW) HA); концентрация должна составлять от 5 до 15 мг/мл, предпочтительнее l0 мг/мл.
• Гиалуроновая кислота или ее фармацевтически приемлемая соль, предпочтительно натриевая соль, со средней молекулярной массой, находящейся в диапазоне от 1000 до 1800 кДа, измеренной после стерилизации (высокая молекулярная масса (MW) HA); концентрация должна находиться в диапазоне от 2 до 12 мг/мл, предпочтительнее от 6 до 8 мг/мл.
• Октиламид гиалуроновой кислоты, предпочтительно, со средней молекулярной массой (MW), следовательно, гиалуроновой кислоты, имеющей среднюю молекулярную массу в пределах указанного выше диапазона от 450 до 730 кДа; концентрация данного амида должна составлять от 1 до 10 мг/мл, предпочтительнее от 2 до 3 мг/мл.
• Гексадециламид гиалуроновой кислоты, предпочтительно со средней молекулярной массой (MW), следовательно, гиалуроновой кислоты, имеющей среднюю молекулярную массу в пределах указанного выше диапазона от 450 до 730 кДа; концентрация данного амида должна составлять от 0,2 до l,5 мг/мл, предпочтительнее от 0,5 до l мг/мл.
• Геллан; концентрация должна составлять от 2 до 8 мг/мл, предпочтительнее 4 мг/мл.
• CMC; концентрация должна составлять от 15 до 40 мг/мл, предпочтительнее 25 мг/мл.
Мезенхимальные стволовые клетки могут быть аутологического и гетерологичного типа, и они предпочтительно представляют собой мезенхимальные стволовые клетки, происходящие из костного мозга, периферической крови, пупочного канатика или жировой ткани.
Для объема настоящего изобретения выражение «обогащенные тромбоцитами продукты крови» используется для указания всех обогащенных тромбоцитами продуктов крови, например обогащенной тромбоцитами плазмы (PRP), т.е. надосадочной жидкости, полученной после центрифугирования венозной крови, тромбоцитарного концентрата (PC), т.е. более тяжелой жидкой фазы, полученной после центрифугирования обогащенной тромбоцитами плазмы, и, наконец, тромбоцитарный гель, т.е. тромбоцитарный концентрат, который, вследствие действия осаждающих агентов (таких как, например, тромбин), трансформируется в гель [5].
В зависимости от предполагаемого применения и типа поражения возможен выбор типа обогащенного тромбоцитами продукта крови. Фактически, эти три продукта обогащены указанными выше трофическими факторами.
Биологический материал в соответствии с настоящим изобретением содержит компоненты (a) и (b), или (a) и (c), или все три компонента (a), (b) и (c).
Кроме того, предпочтительно добавление аутологичного компонента (c) к биологическому материалу, включающему (a) и (b): указанный выше обогащенный тромбоцитами продукт крови получен у того же пациента, и данный продукт может быть даже получен незадолго до того, как пациент подвергнется указанной выше внутрисуставной инъекции или внутридермальному введению, или перед тем, как указанный выше материал будет наноситься непосредственно на участки поражения.
Поэтому фармацевтические композиции в соответствии с настоящим изобретением могут применяться в ортопедии (главным образом, путем их приготовления непосредственно перед применением) при лечении хрящевой ткани и костных дефектов (включая местное применение в стоматологии для содействия приживлению имплантата) и могут непосредственно инъецироваться в участок поражения поврежденных сухожилий и/или связок, или могут применяться в дерматологии и в виде инъецируемых композиций для внутридермального введения или для местного применения с целью местного лечения кожных язв/поражений, которые трудно поддаются заживлению/восстановлению.
Пример 1
Получение вязкого раствора, содержащего HA средней молекулярной массы
Стадия 1: гидратация
Некоторое количество натриевой соли HA полисахарида (MW 500-730 кДа), равное 100 мг, отвешивают для получения вязкого раствора с конечной концентрацией 10 мг/мл. Порошки гидратируют 50% требуемого конечного объема (5 мл) с использованием 0,9% раствора хлорида натрия, фосфатного буфера или воды для инъецируемых препаратов для получения желательной конечной концентрации.
Стадия 2: солюбилизация
Продукт, полученный, как описано в стадии 1, подвергают перемешиванию магнитной мешалкой при окружающей температуре в течение, по меньшей мере, 1 ч.
Оставшийся объем (5 мл) в последующем добавляют для достижения установленной конечной концентрации и оставляют при перемешивании, по меньшей мере, на 2 ч до полного растворения порошков.
-1
Полученный таким образом раствор подвергают стерилизации посредством автоклавирования или УФ-облучения и затем проводят измерение динамической вязкости с помощью реометра HAAKE RS150 Rheometer, при 20ºC, при скорости сдвига D=350 с.
Полученная величина динамической вязкости составила 155 сП, и, таким образом, продукт будет иметь кинематическую вязкость 153,6 сСт.
Пример 2
Получение вязкого раствора, содержащего высокомолекулярную HA
Способ выполняют, как в примере 1, начиная с порошков HA с высокой молекулярной массой для получения двух вязких растворов с конечной концентрацией 6 мг/мл и 8 мг/мл в воде сорта «Вода для инъекций».
-1
Полученные растворы стерилизуют и затем проводят измерение динамической вязкости с помощью реометра HAAKE RS150 Rheometer, при 20ºC, при скорости сдвига D=350 с.
Полученные величины динамической вязкости составили соответственно: 158 сП и 246 сП.
Пример 3
Получение вязкого раствора, содержащего геллан
Способ выполняют, как в примере 1, начиная с порошков геллана, для получения вязкого раствора с конечной концентрацией 4 мг/мл в солевом растворе.
-1
Полученный таким образом раствор стерилизуют и затем проводят измерение динамической вязкости с помощью реометра HAAKE RS150 Rheometer, при 20ºC, при скорости сдвига D=350 с.
Полученная величина динамической вязкости составила 110 сП.
Пример 4
Получение вязкого раствора, содержащего CMC
Способ выполняют, как в примере 1, начиная с порошков CMC, для получения вязкого раствора с конечной концентрацией 25 мг/мл в фосфатном буфере.
-1
Полученный таким образом раствор стерилизуют и затем проводят измерение динамической вязкости с помощью реометра HAAKE RS150 Rheometer, при 20ºC, при скорости сдвига D=350 с.
Полученная величина динамической вязкости составила 220 сП.
Пример 5
Получение вязкого раствора, содержащего октиламид или гексадециламид HA со средней молекулярной массой (MW)
Способ выполняют, как в примере 1, начиная с порошков октиламида (или гексадециламида) HA со средней молекулярноймассой, для получения двух вязких растворов с конечной концентрацией 2 мг/м и 3 мг/м (или 0,5 мг/м и l мг/м для гексадециламида) в 0,9% растворе хлорида натрия.
-1
После стерилизации проводят измерение динамической вязкости полученных таким образом растворов с помощью реометра HAAKE RS150 Rheometer, при 20ºC, при скорости сдвига D=350 с.
Полученные величины динамической вязкости составили соответственно: 143 сП и 220 сП для октиламида, и 160 сП и 230 сП для гексадециламида HA.
Библиографические ссылки
:
1. EP 0863776.
2.«Fattori di crescita autologhi nella chirurgia ossea ricostruttiva dopo infezione» (Аутологические факторы роста при реконструктивных операциях на костях после инфекции) Carlo R. Romanόn et al., Unita operativa Chirurgia delle Complicanze Osteoarticolari Settiche (C.O.S., Istituto Ortopedico Gaetano Pini).
3. «Different preparation methods to obtain components as a source of growth factors for local applications» (Различные способы получения компонентов в качестве источника факторов роста для местного применения) R. Zimmermann et al., Transfusion 2001; 41:1217-1224.
4. «Platelet-rich plasma preparation using three devices: Implications for platelet growth factor release» (Получение обогащенной тромбоцитами плазмы с использованием трех устройств: Участие в высвобождении тромбоцитарного фактора роста) P.A.M. Everts et al., Growth Factors, September 2006; 24(3):165-171.
5. US 6841170.