NEMOCNICE KOŠICE - ŠACA

Nemocnica Košice-Šaca prispela k výskumu unikátneho biomateriálu

4. 2. 2018

Ďalšia fáza experimentu bude pokračovať na dobrovoľníkoch – pacientoch, ktorí majú defekt na chrupavke kolenného kĺbu.

Text: MUDr. Maroš Varga / Foto: Ing. Marcel Mikita

Projekt pod názvom „Regenerácia chrupky v kolennom kĺbe pri jej traumatickom poškodení“, ktorý vznikol v rámci spolupráce Univerzity veterinárskeho lekárstva a farmácie (UVLF) v Košiciach a Ústavu materiálového výskumu SAV v Košiciach a Nemocnice Košice-Šaca, priniesol pacientom trpiacim poškodením chrupavky novú nádej. Poškodenia kĺbovej chrupavky patria k najčastejším diagnózam, s ktorými sa lekári v ortopédii a traumatológii stretávajú. Vzácny materiál, ktorý dokáže nahradiť poškodenú chrupku i kosť je pre pacientov zaujímavý nepochybne aj vďaka oveľa priaznivejšej cene v porovnaní s dnes dostupnými metódami terapie spomínaných defektov. V praxi sa stretávame s traumatickými poškodeniami chrupky pomerene často. Ročne na našom pracovisku vykonáme viac ako 1 200 artroskopických výkonov. Približne u 15 až 20 percent prípadov nachádzame aj poškodenie chrupky, ktoré si vyžaduje ošetrenie. Počas jednej operácie je potrebné u týchto pacientov urobiť niekoľko výkonov – napríklad ošetrenie poškodeného menisku, väzov, ale i chrupky. 

Hyalínna chrupka pokrýva kĺbové kontaktné plochy v každom kĺbe. Ide o biomechanicky a fyzikálne dokonalé tkanivo, ktoré má minimálny koeficient trenia. Trecie sily svojim pôsobením pri pohybe najviac zaťažujú kĺbovú chrupku. Práve hyalínna chrupka vie dokonale odolávať týmto silám a tým aj bráni predčasnému opotrebovaniu kĺbu. Pri úraze kolena môže dôjsť k poškodeniu viacerých štruktúr – napr. meniskov, väzov a takisto aj chrupky. Chrupka je pritom tkanivo, ktoré sa nevie samo-regenerovať. Pri poškodení chrupky dochádza k strate ideálneho povrchu kĺbových trecích plôch a k predčasnému opotrebovaniu chrupky. Navyše, postupným zaťažovaním sa defekt chrupky rozširuje, čo vedie k predčasnej artróze. Koncové štádia artrózy už vedú k potrebe implantácie totálnej náhrady kĺbu. Poväčšine ide však o mladých športovo založených pacientov. Preto je cieľom modernej medicíny – hľadať také možnosti ošetrenia chrupky, ktoré predídu vzniku predčasnej artrózy. 

Pri rozhodovaní o postupe ošetrenia poškodenej chrupky počas operácie alebo v predoperačnom plánovaní, je podstatný údaj o rozmeroch poškodenej časti a mieste poškodenia. Ak je defekt chrupky hlboký, zasahujúci až do subchondrálnej kosti, je nutné tento defekt ošetriť. V súčasnosti používame v našom centre najmä tieto možnosti ošetrenia defektu chrupky v kolennom kĺbe. Mikronávrty alebo nanofraktúry – ide o techniku, pri ktorej sa tenkým drôtom vykonajú návrty do subchndrálnej kosti, približne do hĺbky 9mm. V tejto vrstve subchondrálnej kosti sa nachádzajú tzv. Mezenchymálne pluripotentné bunky, ktoré cez tieto kanáliky vycestujú do miesta defektu. Tieto bunky majú schopnosť sa meniť na chondrocyty (za istých okolností) a tie potom obnovia defekt chrupky. Túto techniku prvýkrát popísal Steadman z USA a stala sa veľmi populárnou. Ide o lacnú techniku, defekt chrupky vieme ošetriť v rámci jednej operácie. Výsledkom je však vytvorenie biomechanicky menejcenného tkaniva.

Regenerát sa histologicky podobá chrupke, ale zďaleka nemá vlastnosti hyalínnej chrupky. Mikronávrty s použitím kolagénovej matrice – táto technika používa na vyplnenie defektu okrem mikrofraktúr aj kolagénovú matricu. Ide o arteficiálny materiál z kolagénu, ktorým sa vyplní po vykonaní mikrofraktúr defekt. Záplata sa fixuje k okoliu pomocou fibrínového lepidla. Cieľom je zachytiť čo najviac multipotentných buniek v matrici, ktorá spĺňa funkciu akejsi siete na zachytávanie vycestovaných buniek zo subchondrálnej kosti. Nevýhodou je potreba otvorenej operácie, výkon nie je možné previesť artroskopicky. Existujú už aj možnosti použitia tzv. Tekutej výplne defektu, ktorej hlavnou výhodou je miniinvazivita. ImplantáciU 3D matrice – osteokratilaginózneho implantátu. Ide o arteficiálny materiál, ktorý implantujeme hlavne pri hlbokých defektoch chrupky, ktoré zasahujú až subchondrálnu kosť. Opäť nevýhodou je potreba otvorenej operácie. Týmto implantátom však vieme vyplniť aj pomerne rozsiahle defekty. Zatiaľ dlhodobé výsledky na našom pracovisku s týmto implantátom nemáme. Implantácia kultivovaných chondrocytov. V prvej fáze sa pacientovi odoberie malá vzorka chrupky so subchondrálnou kosťou. Vzorka sa presunie sterilne do laboratória, kde sa z nej vykultivujú chondrocyty. Tie sa potom implantujú na membránu z fibrínového lepidla a tá sa operačne vloží do miesta defektu chrupky. Pri tejto technike sa regenerát najviac podobá pôvodnej chrupke.

Hlavnou nevýhodou je cena a nutnosť dvojdobej operácie v rozmedzí približne 2 mesiacov. Vedci z katedry biomedicínskeho inžinierstva Slovenskej akadémie vied v Košiciach vyvinuli biomateriál – polysacharid (chitosan – patentom chránené zloženie), ktorý je ľahko tvarovateľný, pri zmiešaní s krvou zväčšuje svoj objem a pevne sa spojí s okolitým tkanivom, má sieťovanú štruktúru, pričom veľkosť pórov vieme ovplyvniť, je inertný, čo je dokázané histologickými a imunohistochemickými metódami. Dá sa implantovať počas jednej operácie a snahou je zachovať aj miniinvazivitu implantácie. Experiment prebiehal v spolupráci s anatomickým ústavom Univerzity veterinárnej medicíny a fakulty bioinžinierstva Slovenskej akadémie vied v Košiciach. Výskum sa uskutočnil na ovciach, pretože chrupka kolenného kĺbu ovce má histologicky podobnú štruktúru v porovnaní s humánnou chrupkou. Aj hrúbka chrupky v jednotlivých segmentoch kolena je rovnaká ako u človeka. Aj biomechanicky je najzaťažovanejšou časťou mediálny kondyl stehnovej kosti. U šiestich oviec sa na oboch kolenách zadných končatín parapatelárnym prístupom (laterálnym) – vykonali defekt osteochondrálny o veľkosti 8 milimetrov a hĺbkou zasahoval do subchondria. Vždy na mediálnom kondyle sme defekt ošetrili implantáciou biomateriálu a na druhom kolene sme nechali defekt neošetrený. Veľkosť a hĺbka defektu bola rovnaká u všetkých oviec. U zvierat sme sledovali počas 6 mesiacov aj zápalové markery z krvi, ktoré boli po zhojení operačnej rany, až do ukončenia experimentu, vo fyziologických rozmedziach. Po 6 mesiacoch sme odobrali zo všetkých oviec vzorky na histologické a imunohistochemické vyšetrenia a odoslali ich do troch rozličných laboratórií. Výsledky boli prekvapivé. Už makroskopicky, pri odbere materiálu na histologické vyšetrenie, sme vizuálne mali ťažkosti s identifikáciou miesta ošetreného defektu. Našťastie sme vedeli identifikovať biomarkery vložené v sledovanom implantáte. Pohľadom bolo ťažké odlíšiť, kde bolo pôvodné miesto defektu.

Histologické vyšetrenia zo všetkých laboratórií potvrdili prítomnosť hyalínnej chrupky /viacerými technikami farbenia/, dokonca aj s náznakom podobného vrstvenia, ako u zdravej okolitej chrupky. Imunohistochemické vyšetrenia potvrdili prítomnosť kolagén typu II. Našim cieľom je začať ďalšiu fázu experimentu na dobrovoľníkoch-pacientoch, ktorí majú defekt na chrupke kolenného kĺbu. Pripravujeme v spolupráci s etickou komisiou štúdiu, do ktorej chceme zahrnúť približne 12 pacientov. Pacientom by sme ohraničený defekt chrupky ošetrili vložením implantátu chitosan. Po operácii by pacienti odľahčovali operovanú končatinu v dĺžke 2 mesiacov. Našim cieľom je sledovať štandardné skórovacie schémy u všetkých pacientov a odobrať histologické (bioptické) vzorky po 12 mesiacoch od operácie, aby sme mohli verifikovať rovnaký výsledok, ako u oviec. Veríme, že tento materiál preukáže rovnaké výsledky a budeme ho môcť používaťaj v humánnej medicíne.