«Экспериментальное обоснование применения биосовместимых полимерных композитных материалов в онкоортопедии» тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.01.12, кандидат наук Копылов Алексей Николаевич

• Копылов Алексей Николаевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Копылов Алексей Николаевич

Актуальность

Цель исследования

Задачи исследования

Научная новизна

Практическая значимость

Личный вклад автора

Основные положения, выносимые на защиту

Степень достоверности и апробация результатов

Объем и структура работы

Глава 1—Обзор литературы

Натуральные материалы

Искусственные заменители тканей

Тканеинженерные конструкции

Нерезорбируемые материалы:металлы и полимеры

Глава 2 — Материалы и методы

Использованные средства

Использованное оборудование

Использованные реактивы и химические вещества

Клеточные культуры

Экспериментальные животные

Программное обеспечение

Методы in vitro

Генерация МСК собаки

Выделение спленоцитов мышей

Получение клеток опухолевых линий

Исследование цитотоксичности изучаемых образцов

Исследование адгезии клеток к образцам

Исследование гемолиза под действием исследуемых образцов

Исследование влияния образцов на пролиферацию опухолевых клеток

Методы in vivo

Метастазирование меланомы В16 и продолжительность жизни мышей

Изучение биосовместимости в опытах in vivo

Гетеротопная имплантация

Ортотопическая имплантация

Гистологические исследования

Пористые образцы

Непористые образцы

Глава 3 - Результаты исследования

Результаты скрининга образцов in vitro

Результаты исследования цитотоксичности образцов

Исследование индуцированного гемолиза

Исследования адгезионных свойств образцов

Изучение влияния образцов на пролиферацию опухолевых клеток, рост и метастазирование опухолей

Оценка пролиферативной активности опухолевых клеток при инкубации с образцами

Исследования влияния образцов на динамику роста опухоли

Исследования влияния образцов на местный рецидив и метастазирование опухоли

Исследование биосовместимости образцов in vivo

Результаты гетеротопной имплантации образцов

Непористый образец СВМПЭ+5%нано

Ортотопическая имплантация

Пористые образцы СВМПЭ10/90

Непористый образец СВМПЭ+5%

Заключение

Выводы

Список сокращений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему ««Экспериментальное обоснование применения биосовместимых полимерных композитных материалов в онкоортопедии»»

Восстановление дефектов костной и хрящевой тканей после удаления первичных и метастатических опухолей скелета - одна из главных проблем в онкоортопедии. Частота первичных опухолей костей составляет в среднем составляет 3 на 100000 населения в возрасте до 15 лет, в период от 30 до 50 лет она снижается до 0,2 на 100000 населения, затем снова несколько возрастает. Помимо остеосарком, большой проблемой являются метастатические опухоли скелета, которые встречаются примерно в 50 раз чаще и занимают третье место после метастатических поражений печени и легких [131].

В современной онкоортопедии для реконструкции костей используют различные подходы: аутологичные имплантаты, аллографты), автоклавированные или обработанные жидким азотом резецированные участки костей таза, пораженных новообразованиями и металлоостеосинтез. В последние годы разрабатываются индивидуализированные протезы костей с использованием технологии 3D принтинга [12,67,68]. Аутотрансплантаты благодаря своим остеокондуктивным и остеоиндуктивным свойствам хорошо приживаются, восстанавливая костные дефекты. Вместе с тем этот подход ограничен возможным объёмом резекции костей пациента для возмещения удаленного участка. Замещение дефектов костей с использованием аллотрансплантатов является одним из самых популярных вариантов реконструкции костей, однако этот подход связана с высокой частотой осложнений, включая переломы, несращение имплантата и инфекции, которые достигают в среднем 50%. [136]. Металлические имплантаты, выполненные, как правило, из титана или СгСоМо сплавов, способны быстро обеспечить опороспособность конечностей, но вызывают такие осложнения, как асептическое расшатывание имплантата, инфекции и перипротезные переломы.

Инновационным направлением в данной области является получение индивидуализированных протезов с использованием технологий принтинга, позволяющих с определенной степенью точности воспроизводить атомические

особенности костей таза конкретного пациента. Однако этот метод в мире широко не используется из-за высокой стоимости протезов и ограниченного выбора материалов [79].

На протяжении последних десятилетий в мире проводятся интенсивные исследования сверхвысокомолекулярного полиэтилена(СВМПЭ) в качестве перспективного материала для замещения костных и хрящевых дефектов из-за его прочности, долговечности и биологической инертности [170]. В настоящее время ведется много исследований с поиском решения данной проблемы. За рубежом уже налажен выпуск имплантатов на основе СВМПЭ (Medpor, Германия), в России выпуск подобных имплантатов отсутствует. Однако эффективность данного материала ограничена постепенным разрушением при низкой степенью замещения тканями реципиента. Поэтому, в последние годы разрабатываются различные способы модификации материалов на основе СВМПЭ, направленные на преодоление или уменьшение присущих им недостатков.

Таким образом, использование материалов на основе СВМПЭ перспективным направлением для создания инновационных имплантатов хрящевой и костной тканей. Однако необходимо совершенствование состава и технологии изготовления данных полимерных материалов. С целью импортозамещения необходимо создание отечественного аналога зарубежным имплантатов на основе СВМПЭ, для снижения стоимости лечения

онкологических больных с использованием отечественных материалов.

• ••••••••••••••••

Оценка биосовместимости синтетических материалов и композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, перспективных для замещения костных и хрящевых дефектов у онкологических больных.

1. Провести скрининг исследуемых синтетических материалов in vitro и выбрать наиболее перспективные образцы для дальнейшего исследования.

2.Оценить влияние исследуемых образцов на пролиферацию опухолевых клеток 3 линий: MCF-7, MDM-MB-231, K-562.

3.Оценить влияние изучаемых материалов на динамику роста опухоли меланомы В16 и продолжительность жизни при подкожной имплантации в область опухолевого узла.

4. Оценить влияние материалов на метастазирование меланомы В16 при удалении первичного узла.

5. Исследовать морфологию изучаемых материалови их влияние на окружающие ткани при гетеротопной имплантации мышам и ортотопической имплантации крысам.

б.Оценить перспективность изученных материалов для применения в качествеимплантатов с целью замещения дефектов костной и хрящевой тканей у онкологических больных.

• ••••••••••••••

Впервые был проведен скрининг новых материалов на основе СВМПЭ, и были изучены в условиях гетеротопной и ортотопической имплантации отобранные перспективные образцы. Впервые проведен скрининг изучаемых материалов и на основании полученных данных выявлены наиболее перспективные образцы. Впервые было исследовано влияние материала на пролиферацию опухолевых клеток, динамику роста и метастазирование опухоли у мышей. Были получены новые данные о биосовместимости материалов с

применением макро, микроскопических и электронно-микроскопических методов исследования.

Полученные в результате настоящего исследования сведения позволят оптимизировать в Российской Федерации методы получения образцов материала на основе СВМПЭ, перспективных для замещения костных и хрящевых дефектов. Таким образом, может быть снижена стоимость лечения костных и хрящевых дефектов путем использования материалов отечественного производства вместо зарубежных аналогов. Полученные материалы могут быть направлены в доклинические исследования с целью дальнейшего изучения и доработки.

Автором самостоятельно был проведен анализ литературы по изучаемой проблеме. Автором самостоятельно выбрано направление, которому посвящена диссертация, спланированы все этапы работы. Автор самостоятельно проводил анализ и оценил результаты, представленные в работе, сформулировал выводы, оформил диссертацию. Все результаты, изложенные в диссертации и лежащие в

основе выводов, получены лично автором.

• •••••• ••••••• •••• ••• • •••••• •••••••• •••

1. Исследованный непористый СВМПЭ + 5% наносфер А1203 является биосовместимым, блокирует развитие фиброза, сохраняет неизменной суставную поверхность, не вызывая разрушения здоровых тканей и может рассматриваться как перспективный материал для создания хрящевого имплантата.

2. Изученный пористый образец СВМПЭ 10/90 является биосовместимым, вызывает неостеогенез, сохраняет неизменными окружающие ткани и может рассматриваться как перспективный материал для создания костного имплантата.

3.Материалы СВМПЭ + 5% наносфер А1203 и СВМПЭ 10/90 изученных материалов не стимулируют пролиферацию опухолевых клеток, рост и метастазирование имплантированной опухоли, что говорит о целесообразности дальнейших исследований данных материалов с целью создания на их основе имплантатов для онкоортопедии.

Работа представляет собой подробное изучение биосовместимостиобразцов материалов, перспективных для создания имплантата. Изучениепроходило последовательно с оценкой биосовместимости образцов in vivo и in vitro. Автором были изучены гемолитическая и цитотоксическая активности исследуемых образцов и произведен анализ данных скрининга по лимитирующих биологическим свойствам. В результате отобранные образцыс относительно низкой гемолитической активностью были оценены по цитотоксичности на различных линиях опухолевых клеток и влиянию на рост перевиваемых опухолей у животных. Финальным этапом была сравнительная оценка последствий гетеротопной (подкожно мышам) и ортотопической (в берцовую крысам) имплантации, показавшая отсутствие реакции отторжения и острого воспаления предлагаемых авторов образцов. Работа выполнена на высоком научном и методическом уровне, все данные статистически обработаны.

Объем исследований и качества полученных результатов вполне отвечают цели исследования, достаточны для решения поставленных задач, обеспечивают достоверность результатов исследования и сформулированных выводов. Апробация диссертации состоялась на совместной научной конференции НИИ ЭДиТО ФГБУ «РОНЦ им Н.Н. Блохина» Минздрава России с участием

лаборатории клеточного иммунитета, лаборатории экспериментальной диагностики и терапии опухолей, лаборатории комбинированной терапии опухолей, лаборатории медицинской биотехнологии, лаборатории фармакоцитокинетики, отделения экспериментальной онкологии НИИ клинической онкологии состоявшейся 12 марта 2015 года(протокол от 12 марта 2015 г ).

• ••••• ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• •••••••••• ••••••••••• • • •

Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста и состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов.Список цитируемой литературы включает 198 источников, среди которых 8 отечественных и 180 зарубежных. Диссертация иллюстрирована 9 таблицами 56 рисунками.