СПОСОБ ОЦЕНКИ БИОСОВМЕСТИМОСТИ СЕТЧАТЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ
METHOD OF EVALUATING BIOCOMPATIBILITY OF THE SYNTHETIC MESH IMPLANTS

Изобретение относится к медицине, а именно к оперативной урогинекологии и абдоминальной хирургии, и может быть использовано для исследования реакции организма экспериментального животного на введение сетчатых синтетических имплантов, применяемых при коррекции пролапсов тазовых органов и грыжах передней брюшной стенки живота.
Использование синтетических материалов при замещении биологических тканей началось в середине XX века [Usher F.С., Fries J.G., Ochsner J.L. Turtle Marlex Mesh, a new plastic mesh for replacing tissue defects: Clinical Studies AMA // Arch Surg. - 1959. - Vol. 78. - Supp 1.1. - P. 138-145]. Начиная с 1959 года для этих целей было синтезировано несколько десятков материалов, получивших общее название mesh (с англ. сетка). В 1950 гг. Cumberland [52] и Scales [110] сформулировали идеальные критерии для синтетических материалов в хирургии:
1. Не должны менять свои физические свойства под воздействием физиологических сред организма. 2. Должны быть химически инертны. 3. Не должны индуцировать воспалительную реакцию. 4. Не должны быть канцерогенными. 5. Не должны вызывать аллергическую реакцию. 6. Должны выдерживать физические воздействия. 7. Должны переносить стерилизацию. 8. Резистентность к инфекции. 9. Препятствовать формированию спаек между органом и синтетическим протезом.
Современные сетчатые макропористые имплантаты, применяемые в гинекологических и хирургических реконструктивных операциях, обладают всеми заданными параметрами.
В России наиболее часто среди стандартных наборов для лечения генитального пролапса с применением синтетических протезов используется набор Prolift (Jonson & Jonson, USA). Так, с 2005 года фирмой-производителем в Москве и Московской области продано 8500 наборов Prolift в различных модификациях, с ежегодным увеличением темпа роста продаж на 25-30%.
Однако в литературе имеются сведения о большом количестве mesh-осложнений по сравнению с реконструктивными операциями с использованием собственных тканей [Moore R.D., Miklos J.R. Vaginal Mesh Kits for Pelvic Organ Prolapse, Friend or Foe: A Comprehensive Review // The Scientific World journal. - 2009. Vol. 9. - P. 163-189].
В связи с ростом озабоченности по поводу неблагоприятных событий, связанных с трансвагинальным расположением сетки, авторитетная американская организация FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, Food and Drug Administration) 13 июля 2011 года обновила отчет под названием «Serious Complications Associated with Transvaginal Placement of Surgical Mesh in Repair of Pelvic Organ Prolapse and Stress Urinary Incontinence» (с англ. - «Серьезные осложнения, ассоциированные с вагинальными синтетическими имплантами для хирургического лечения пролапса тазовых органов»). В период с 2008-2010 гг. в страховые компании США было получено 2874 обращения по поводу осложнений. Согласно отчету самыми частыми осложнениями являются эрозия и инфицирование имплантата, боль, дизурия и рецидив пролапса и/или недержания мочи. В связи со сложившейся ситуацией один из наиболее крупных производителей синтетических протезов для коррекции тазового пролапса компания «Johnson & Johnson» приостановила производство наиболее популярного продукта - системы для реконструкции тазового дна Prolift.
В этой связи представляются актуальными экспериментальные исследования на животных, посвященные всестороннему изучению и анализу применения сетчатых синтетических имплантов, в том числе исследованию реакции организма экспериментального животного на их введение.
Общими недостатками существующих подходов к экспериментальной оценке биосовместимости сетчатых синтетических имплантатов являются малые размеры влагалища у таких животных, как кролики, овцы, макаки: 2-4 см по сравнению 8-10 у человека. Этот же фактор исключает использование во многих экспериментах мышей, крыс, морских свинок, что приводит к удорожанию эксперимента. Малые размеры операционного поля, отсутствие специализированного хирургического инструментария приводят к таким техническим трудностям, как унифицированная постановка имплантата в одинаковые слои влагалищной стенки, повышенная травматизация тканей, что приводит к некоторым видам осложнений (эрозии, сморщивание имплантата). Малые размеры влагалища у животных приводят к отличающимся условиям ведения послеоперационного периода по сравнению с женщинами, то есть к отсутствию наблюдения за операционной раной, невозможности санации раны. Это все может привести к инфицированию раны и воспалительным изменениям, не связанным с имплантатом.
Для оценки биосовместимости сетчатых синтетических имплантатов использовались различные экспериментальные способы.
Так, в экспериментах на кроликах показано, что при установке в заднюю стенку влагалища имплантатов из полипропилена и из свиного коллагена умеренная воспалительная реакция с минимальным фиброзом встречалась в обоих случаях, что говорит о слабой реакции на инородное тело у обоих имплантатов [Huffaker RK, Muir TW, Rao A, Histologic response of porcine collagen-coated and uncoated polypropylene grafts in a rabbit vagina model. Am J Obstet Gynecol. 2008 May; 198(5):582.e1-7. doi: 10.1016/j.ajog.2007.12.029. Epub 2008 Mar 4].
Недостатком способа является травматизация при установке, вызывающая дополнительную воспалительную реакцию, а также невозможность использования мелких лабораторных животных, например мышей. Кроме того, для изучения провоспалительных и воспалительных цитокинов, тканевых макрофагов и так далее требуется жидкое отделяемое (экссудат) из реципиентной зоны. Кумулировать влагалищный экссудат для лабораторных исследований не представляется возможным.
Известен способ оценки реакции организма экспериментального животного на введение сетчатых синтетических имплантов, в котором фрагменты полипропиленовых сеток 1×1 см имплантировали в брюшную полость мышам для изучения процесса спайкообразования. В этом эксперименте было показано, что полипропилен не вызывает дисбаланс в экстрацеллюлярном матриксе и не способствует процессу спайкообразования [Souza-Pinto FJ, Moretti AI. Inducible nitric oxide synthase inhibition increases MMP-2 activity leading to imbalance between extracellular matrix deposition and degradation after polypropylene mesh implant. J Biomed Mater Res A. 2013 May; 101(5): 1379-87. doi: 10.1002/jbm.a.34440. Epub 2012 Oct 18]. Этот способ является ближайшим аналогом изобретения.
Недостатком способа является травматичность. Установка даже таких маленьких фрагментов полипропиленовой сетки, как 1×1 см, сопровождается довольно серьезной хирургической травмой для животного, которая, в свою очередь, сама запускает воспалительные механизмы, которые могут привести к отдаленным последствиям, таким как спаечная болезнь. Использование наркоза также может привести к изменению биохимических параметров при изучении острой стадии реакции.
Техническим результатом изобретения является новый экспериментальный подход для исследования реакции организма экспериментального животного на введение сетчатых синтетических имплантов, обеспечивающий минимальную хирургическую травматичность, возможность использования мелких лабораторных животных и оценки местной реакции.
Указанный технический результат достигается в способе исследования реакции организма экспериментального животного на введение сетчатого синтетического импланта тем, что замороженный в криостате фрагмент импланта измельчают с помощью микротома до частиц размером менее 10 мкм, высушивают, стерилизуют, ресуспендируют в стерильном физиологическом растворе и вводят внутрибрюшинно мелким лабораторным животным с помощью шприца и далее исследуют показатели функциональной активности перитонеальных макрофагов для оценки местной реакции.
Выбор внутрибрюшинной зоны основан на известном наблюдении: «несмотря на то, что в оперативной гинекологии имплантаты фиксируются в стенки влагалища, а в абдоминальной хирургии - к фасциям и мышцам передней брюшной стенки, характер воспалительной реакции на различные инородные материалы отличается удивительным постоянством и заключается в быстром накоплении огромных количеств фагоцитов, особенно моноцитов и тканевых макрофагов» [Anderson JM, Miller KM. Biomaterial biocompatibility and the macrophage. Biomaterials 5, 5-10 (1984). Bhardwaj RS, Henze U, Klein В et al. Monocyte-biomaterial interaction inducing phenotypic dynamics of monocytes: a possible role of monocyte subsets in biocompatibility. J. Mater. Sci. Mater. Med. 8, 737-742 (1997)].
Введение стерильной гомогенной суспензии сетчатого импланта внутрибрюшинно с помощью шприца позволяет избежать травматизации животного и инфицирования реципиентной зоны.
Возможность использовать мелких лабораторных животных, таких как мышей, значительно упрощает и удешевляет экспериментальное исследование.
Измельчение сетчатого синтетического импланта остеотомом после заморозки в криостате позволяет сохранить структуру импланта.
Измельчение импланта до частиц размером менее 10 мкм позволяет получить гомогенную суспензию с физраствором, которую можно ввести с помощью шприца внутрибрюшинно.
Внутрибрюшинное введение гомогенной суспензии импланта позволяет в дальнейшем осуществлять забор образующегося экссудата для исследования функциональной активности перитонеальных макрофагов и биологически активных молекул для оценки биосовместимости.
На всех стадиях выполнения способа обеспечивается необходимая стерильность.
Способ иллюстрируется чертежом, где представлены данные микроскопии, подтверждающие отсутствие поверхностных изменений на фрагментах измельченного имплантата.
Способ осуществляют, например, следующим образом.
Пример 1. Измельчение и приготовление стерильной гомогенной суспензии сетчатого импланта
Фрагменты макропористой полипропиленовой сетки (Prolift Total, Prosima Combine, TVT-O, GyneMesh) при помощи дистиллированной воды фиксировали на замороженный алюминиевый блок в криостате (Leica СМ 15105) при температуре минус 19°C. Образуется препарат (полипропиленовая сетка), плотно фиксированный во льду. После фиксации полипропиленовой сетки во льду делали многочисленные срезы препарата с толщиной среза 5 мкм. Затем образовавшуюся гетерогенную смесь собирали в чашку Петри и переносили в термостат при температуре 27-31°C на 6 часов. После испарения воды образовывался сухой остаток в виде «порошка» из измельченной полипропиленовой сетки, без каких-либо примесей. Далее чашку Петри с измельченным образцом запечатывали в пакет для стерилизации и стерилизовали 58%-ным гидроген пероксидом с помощью стерилизатора Sterrad NX в обычном цикле при температуре 40°C в течение 28 минут. При этом измельченный и стерилизованный полипропиленовый имплантат не изменяет своих физико-химических свойств, так как не подвергается действию высокой температуры, агрессивных абразивных или химических средств. Данные микроскопии, представленные на чертеже, подтверждают отсутствие поверхностных изменений на фрагментах измельченного имплантата.
Пример 2. Изучение местной реакции организма на введение измельченной полипропиленовой сетки на мышах
Исследование проводили на самках мышей-гибридов CBA×C57BL/6 (Питомник лабораторных животных «Рапполово»). Измельченный порошок полипропиленовой сетки ресуспендировали в стерильном физиологическом растворе и вводили опытным мышам внутрибрюшинно по 2 мл суспензии на животное шприцом с иглой 18G. Контрольные животные получали инъекцию аналогичного объема физиологического раствора.
Животных выводили из эксперимента через 20, 40 и 60 суток. После цервикальной дислокации животным промывали брюшную полость 5 мл теплой среды RPMI-1640 (ООО «Биолот»), после чего анализировали интенсивность фагоцитоза перитонеальных макрофагов по стандартной методике, используя в качестве объекта фагоцитоза опсонизированные пекарские дрожжи, а также измеряли уровни цитокинов в перитонеальном лаваже с помощью мультиплексного цитофлюориметрического анализа, используя коммерческие наборы BenderMedSystems. Интенсивность фагоцитоза характеризовали с помощью фагоцитарного числа (ФЧ) - процент макрофагов, вступивших в фагоцитоз, и фагоцитарного индекса (ФИ) - среднего количества дрожжей, фагоцитированных одним макрофагом. Достоверность различий оценивали с помощью непарного теста Стьюдента с неравными отклонениями. Различия считали значимыми при р<0,05.
Результаты исследования фагоцитарной функции перитонеальных макрофагов мышей после введения измельченной полипропиленовой сетки приведены в таблице. Как видно из таблицы, на 20 сутки после введения суспензии, содержащей измельченную полипропиленовую сетку, зафиксировано достоверное снижение фагоцитарного индекса. При исследовании уровней цитокинов интерлейкина (ИЛ)-1, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-13, ИЛ-22 и интерферона-гамма в перитонеальном лаваже достоверных различий между контрольной и опытной группами животных не выявлено. Таким образом, установлено, что при внутрибрюшинном введении полипропиленовой сетки, приготовленной предложенным способом, на 20 сутки после введения, т.е. заведомо после завершения острой реакции организма, зафиксировано умеренное иммунодепрессивное действие исследованного импланта, проявляющееся в снижении фагоцитарной активности макрофагов.
Предлагаемый способ реализует новый экспериментальный подход к исследованию реакции организма экспериментального животного на введение сетчатого синтетического импланта, обеспечивает минимальную хирургическую травматичность, позволяет использовать мелких лабораторных животных, что удешевляет эксперимент и расширяет возможности исследователей.