способ и трансплантат для лечения печеночной недостаточности

Формула изобретения

1. Способ лечения печеночной недостаточности, включающий использование изолированных печеночных клеток, отличающийся тем, что предварительно осуществляют забор аутологичных клеток костного мозга и их культивирование in vitro, затем осуществляют забор аутологичных клеток печени, выполняют посадку свежевыделенных клеток печени и культивированных клеток костного мозга на гетерогенный биосовместимый биодеградируемый гель с размером пор 30-500 мкм и суммарной пористостью 50-98%, обеспечивая суммарную концентрацию клеток печени и прогениторных клеток костного мозга 2·10⁶-15·10⁶ клеток на 1 см³ гетерогенного геля и соотношение прогениторных клеток костного мозга к клеткам печени от 1:1 до 1:4, причем общий объем гетерогенного геля должен быть не менее 0,1 мл, и трансплантируют гель с клетками печени и костного мозга в паренхиму печени и/или брыжейку тонкой кишки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сразу после трансплантации аутологичных клеток печени и прогениторных клеток костного мозга на геле назначают антикоагулянты и антиагреганты в профилактической дозе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что культивирование прогениторных клеток костного мозга осуществляют в течение 7 суток.

4. Трансплантат для лечения печеночной недостаточности, включающий гетерогенный биосовместимый биодеградируемый гель, имеющий общий объем не менее 0,1 мл и наименьший линейный размер не менее 0,2 мм, размеры пор 30-500 мкм, суммарную пористость 50-98% и посаженные на него аутологичные прогениторные клетки костного мозга после их культивирования in vitro и культивированные аутологичные клетки печени, причем концентрация клеток печени и костного мозга 2·10 ⁶-15·10⁶ клеток на 1 см³ гетерогенного геля и соотношение клеток костного мозга к клеткам печени от 1:1 до 1:4.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относится к медицине, трансплантологии, клеточной трансплантологии, может быть использовано при коррекции и лечении печеночной недостаточности. Предлагаемые способ и трансплантат могут быть использованы в специализированных отделениях, занимающихся лечением и коррекцией печеночной недостаточности.

Известен способ лечения печеночной недостаточности, основанный на использовании суспензии изолированных ксеногенных гепатоцитов в экстрокорпоральной системе «вспомогательная печень», через которую перфузируется кровь реципиента с пораженной печенью (Шумаков В.И. и соавторы. Очерки по физиологическим проблемам трансплантологии и применения искусственных органов // Тула. - Репрорникс. - 1998. - с.343-362).

Изолированные гепатоциты в таких системах, будучи ксеногенными, способны в организме больного лишь кратковременно осуществлять детоксикационные и синтетические функции. В то же время способность суспензии изолированных гепатоцитов выделять регуляторные пептиды, стимулирующие процессы регенерации в пораженной печени реципиента, пролонгирована до 0,5-8 часов (Шумаков В.И. и др. Лечение тяжелой печеночной недостаточности перфузией крови больного через взвесь криоконсервированных гепатоцитов. // Хирургия. - 1990. - № 2. - С.113-116).

Известен другой способ лечения печеночной недостаточности, в котором использовались микрофрагменты ткани печени, что позволило пролонгировать метаболическую активность гепатоцитов, содержащихся в микрофрагментах до 24-34 и даже до 48 часов (Соловьев В.В., Онищенко НА., Акатов B.C., Лежнев Э.И. Функциональная активность гепатоцитов в фрагментах печени in vitro: зависимость от размеров фрагментов и длительности их культивирования.// Бюлл. Экспер. Биол. и Мед. - 1997. - № 10. - с.406-408). Увеличение сроков метаболической активности гепатоцитов в составе микрофрагментов происходит за счет сохранения в них межклеточных контактов и естественного межклеточного матрикса, а так же из-за сохранения пространственной структуры ткани печени, в результате чего оптимизируются условия функционирования всех типов клеток, в том числе и гепатоцитов.

Также известен способ лечения печеночной недостаточности, предполагающий для пролонгирования сроков выживания изолированных гепатоцитов в перфузионных биореакторах использовать изолированные гепатоциты с микроносителями (используют, например, цитодекс-3 при соотношении 1,6 г микроносителя на 1×10⁹ клеток), которые предварительно покрывают коллагеном (Dimetriou A.A., Rozga J., Podesta L. Early clinical experience with a hybrid bioartificial liver // Scan. J. gastroenterol. - 1995. - 30. - Suppl.208. - p.111-117; Chen S., Eguchi S, Watanabe Hepatic support strategies // Transplant. Proc. - 1996. - 28, № 4. - р.2036-2038).

Также известен способ лечения печеночной недостаточности, предполагающий, использующий новые экстракорпоральные системы, заполненные коллагеновым гелем с гепатоцитами (Naka S., Takeshita К., Yamamoto Т. Bioartificial liver support system using porcine hepatocytes entrapped in a three-dimensional hollow fiber module with collagen gel: an evaluation in the swine acute liver failure model // Artif. Organs. -1999. - V. 23. - P.822-828).

Также известен способ лечения и коррекции печеночной недостаточности путем внутримышечной имплантации пула изолированных гепатоцитов в микро- или макрокапсулах (Hunkeler D., Cherrington A., Prokop A., Rajotte R. Bioartificial Organs III. Tissue Sourcing, Immunoisolation, and Clinical Trials. // Annals of the New York. Academy of Sciences. - N.Y., 2001. - V.944).

В качестве прототипа нами выбран известный способ лечения печеночной недостаточности, в котором использовались изолированные гепатоциты для вспомогательной поддержки печени и, соответственно, восполнения дезинтоксикационной и биорегуляторной функции поврежденной печени (Van de Kerkhove M.P., Hoekstra R., Chamuleau R.A., van Gulik T.M. Clinical application of bioartificial liver support systems. // Ann. Surg. - 2004. - Vol.240. - P.216-230).

К недостаткам использования известных способов, в том числе и прототипа, предпологающих использование экстракорпорального биореактора с микрофрагментами ткани печени или изолированными гепатоцитами, относятся:

- необходимость использования специальных измельчителей для получения фрагментов заданного размера, повышающих опасность инфицирования донорского материала;

- необходимость использования перфузионных систем и включения в перфузионный контур дополнительных технических узлов для оксигенации и детоксикации крови (плазмы), поступающих к микрофрагментам ткани печени, что повышает экономическую себестоимость метода;

- необходимость использования в биореакторах микрофрагментов в смеси с частицами пористого биосовместимого носителя для предотвращения слипания микрофрагментов и обеспечения эффективного массопереноса;

- использование частиц пористого носителя не создает условий для предотвращения отсроченной гибели гепатоцитов в микрофрагментах, т.к. при увеличении сроков культивирования микрофрагментов из-за низкой скорости пролиферации гепатоцитов начинает формироваться монослой из быстро прикрепляющихся и пролиферирующих стромальных клеток, окутывающих местные ткани печени и затрудняющих их функционирование.

- необходимость использования ксеногенного материала, что повышает угрозу переноса опасных инфекций и служит фактором избыточной активации иммунной системы реципиента с сокращением срока функционирования этого материала;

- раннее прекращение (через 1-2 дня) метаболических и регуляторных функций гепатоцитов;

- необходимость регулярно осуществлять сеансы подключения перфузионных систем «биоискусственная печень».

- невозможность создания трехмерной структуры, сходной по архитектонике с тканью печени.

Известно устройство для лечения печеночной недостаточности методом экстракорпорального подключения изолированных гепатоцитов (Dimetriou A.A., Rozga J., Podesta L. Early clinical experience with a hybrid bioartificial liver // Scan. J. gastroenterol. - 1995. - 30. - Suppl.208. - p.111-117). Также известно устройство, предназначенное для лечения печеночной недостаточности, позволяющее увеличивать сроки жизнеспособности изолированных гепатоцитов (Шумаков В.И. и соавторы. Очерки по физиологическим проблемам трансплантологии и применения искусственных органов // Тула. - Репрорникс. - 1998. - с.343-362).

В качестве прототипа предлагаемого трансплантата для лечения печеночной недостаточности нами выбран интракорпоральный трансплантат (биомодуль) «вспомогательная печень» (Uyama S., Kaufman P., Kneser U., Vacanti J., Rodriges X. Hepatocyte transplantation using biodegradable matrices in ascorbic acid-deficient rats: comparsion with heterotropically transplanted liver grafts // Transplantation. - 2001 - Vol.7. - P.1-7).

К недостаткам использования известных устройств, в том числе и прототипа, предполагающих использование биомодулей с изолированными гепатоцитами, относятся:

- выраженная воспалительная реакция на трансплантат;

- гибель большого количества изолированных гепатоцитов;

- низкая плотность прикрепления клеток печени;

- дороговизна матрикса-носителя.

Задачей изобретения является разработка способа, повышающего эффективность коррекции и лечения печеночной недостаточности за счет пролонгирования сроков выживания изолированных гепатоцитов и выполнения ими функциональной и органоспецифической активности путем трансплантации долгосрочно функционирующего интракорпорального трансплантата типа «вспомогательная печень».

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретений, заключается в коррекции и лечении печеночной недостаточности путем обеспечения изолированными гепатоцитами детоксикационной функции, пролонгирования сроков их выживания с активизацией пролиферации за счет совместного интракорпорального введения с прогениторными клетками костного мозга, создания каркаса для размещения в пространстве ассоциаций образующихся клеток, создания условий для прорастания в этот каркас сосудов, диффузии питательных веществ, кислорода и факторов тканевой дифференцировки из крови сосудов печени и/или сосудов брыжейки и сосудов, проросших в каркас, к иммобилизированным печеночным клеткам и клеткам костного мозга; а также в профилактике осложнений, связанных с тромбообразованием и клеточной инфильтрацией в месте трансплантации трансплантата с клеточным материалом.

Достоинствами предложенных способа и трансплантата для лечения печеночной недостаточности, позволяющих, по существу, создать интракорпоральную систему «вспомогательная печень» для длительного поддержания в функциональном состоянии изолированных гепатоцитов, являются:

- отсутствие необходимости применения сложных перфузионных систем;

- создание с помощью гетерогенного геля культуральных условий для пролиферации клеток и формирования «тканеподобной» структуры;

- создание адекватных условий для диффузии оксигенированной межтканевой жидкости и прорастания сосудов через гель, что пролонгирует адекватные условия жизнеобеспечения посаженных клеток;

- использование аутологичных клеток, которые снижают степень активации иммунной системы, позволяют этой системе оказывать в организме длительное биорегуляторное воздействие.

В предлагаемых изобретениях не используются ткани и/или клеточный материал эмбрионов человека. Использован клеточный материал взрослых доноров.

Этот способ способствует более быстрой интеграции устройства в систему кровообращения после трансплантации и поддержания метаболизма и жизнедеятельности клеток за счет доставки по вновь образованным и проросшим сосудам кислорода; создание адекватных условий для диффузии оксигенированной межтканевой жидкости, что пролонгирует адекватные условия жизнеобеспечения посаженных клеток. Использование антикоагулянтов и антиагрегантов сразу после трансплантации тормозит клеточную реакцию на трансплантат как инородное тело и препятствует тромбообразованию в месте трансплантации устройства.

Сущность изобретений заключается в следующем.

Для лечения печеночной недостаточности используют изолированные клетки печени. Причем предварительно осуществляют забор аутологичных прогениторных клеток костного мозга. Осуществляют культивирование их in vitro. Затем осуществляют забор аутологичных клеток печени. Выполняют посадку свежевыделенных клеток печени и прогениторных клеток костного мозга на гетерогенный биосовместимый биодеградируемый гель. Размеры пор гетерогенного геля варьируют от 30 до 500 мкм. Суммарная пористость гетерогенного геля составляет 50-98%. Суммарная концентрация клеток печени и костного мозга составляет 2×10⁶-15×10 ⁶ клеток на 1 см³ гетерогенного геля. При этом соотношение клеток костного мозга к клеткам печени от 1:1 до 1:4. Причем общий объем гетерогенного геля не менее 0,1 мл. Наименьший объем геля должен быть не менее 0,2 мм. Трансплантацию геля с клетками печени и костного мозга производят в паренхиму поврежденной печени и/или в брыжейку тонкой кишки.

Культивирование клеток костного мозга осуществляют в течение, например, 7 суток.

В частном случае перед трансплантацией осуществляют сокультивирование аутологичных клеток печени и клеток костного мозга, например, в течение 2-3 суток.

В частном случае сразу после трансплантации назначают антикоагулянты в профилактической дозе. Доза составляет: гепарин 2500 ME каждые 12 часов в течение 7-10 дней под контролем свертывающей системы крови и антиагреганты, например, трентал из расчета 45 мг/м ² поверхности тела каждые 12 часов в течение 30-90 дней.

Предлагаемый трансплантат для лечения печеночной недостаточности включает гетерогенный биосовместимый биодеградируемый гель и посаженные на него аутологичные клетки костного мозга после их культивирования in vitro и свежевыделенные аутологичные клетки печени. Общий объем геля не менее 0,1 мл, а наименьший линейный размер - не менее 0,2 мм. Размеры пор геля 30-500 мкм, суммарная пористость 50-98%. Концентрация клеток печени и костного мозга 2×10⁶-15×10⁶ клеток на 1 см³ геля и соотношение клеток костного мозга к клеткам печени от 1:1 до 1:4.

Предлагаемые способ и трансплантат позволяют пролонгированно корригировать острую или хроническую печеночную недостаточность за счет прологнирования функционирования изолированных гепатоцитов. Трансплантация не аллогенных, а аутологичных клеток позволяет исключить осложнения, связанные с реакцией отторжения. Предлагаемая группа изобретений позволяет также:

1. Создавать условия для прикрепления изолированных клеток печени и клеток костного мозга к биосовместимому гелю, активизирует их пролиферацию, которая поддерживается диффузией в гель питательных веществ, кислорода и факторов тканевой дифференцировки из крови и плазмы, притекающей к гелю из сосудов печени или брыжейки;

2. Создать каркас на основе гетерогенных биосовместимых биодеградируемых гелей, имитирующий пространственную структуру для прикрепления клеток донорской печени и прогениторных клеток костного мозга, а также условия для прорастания в этот каркас сосудов, питающих прикрепленные клетки;

3. Создать условия, препятствующие клеточной инфильтрации трансплантата и поддерживающие его клетки в жизнеспособном состоянии за счет использования антикоагулянтов и антиагрегантов.

Способ осуществляют следующим образом, и он включает в себя несколько последовательных этапов:

1). Выделение аутологичных прогениторных клеток костного мозга.

Выделение прогениторных клеток костного мозга осуществляют по традиционной методике (Шумаков В.И., Онищенко Н.А., Крашенинников М.Е., и др. Костный мозг как источник получения мезенхимальных клеток для восстановления терапии поврежденных органов. // Вестник трансплантации и иск. органов 2002, 4, с.3-6; Шумаков В.И., Онищенко Н.А. и соавт. Биологические резервы клеток костного мозга и коррекция органных дисфункций // Москва, Лавр. 2009. - с.61-67). За 4-7 дней до основного оперативного вмешательства под местным обезболиванием пунктируют подвздошную кость пациента и забирают костный мозг в объеме 40-150 мл в стерильную емкость с раствором Хенкса, содержащим 200 мкг/мл гентамицина; 10,0 мкг/мл инсулина; 0,25 мкМ дексамезатона; 250 ед/мл гепарина. Суспензию клеток центрифугируют 5 мин при 1500 об/мин, осадок клеток ресуспендируют в лизирующем растворе (114 мМ NH₄Cl; 7,5 мМ KHCO₃; 100 мкМ EDTA), в соотношении 1:4 от исходного объема аспирата, в течение 5-10 мин и центрифугируют 3 мин при 1500 об/мин при комнатной температуре. Гемолизированный суспернатант полностью удаляют отсасыванием. Добиваются полного лизиса эритроцитов, для чего процедуру лизирования проводят трижды с последующим отмыванием клеток центрифугированием. Клеточный осадок, свободный от эритроидных и тромбоцитарных форм, ресуспендируют в ростовой среде.

2). Культивирование аутологичных прогениторных клеток костного мозга in vitro.

Культивирование прогениторных клеток костного мозга осуществляют по традиционной методике (Шумаков В.И., Онищенко НА., Крашенинников М.Е., и др. Костный мозг как источник получения мезенхимальных клеток для восстановления терапии поврежденных органов. // Вестник трансплантации и иск. органов 2002, 4, с.3-6; Шумаков В.И., Онищенко Н.А. и соавт. Биологические резервы клеток костного мозга и коррекция органных дисфункций // Москва, Лавр. 2009. - с.77-100). Частично очищенные прогениторные клетки костного мозга высевают для культивирования на чашки Петри d=60 мм в количестве 1,5-2,0 млн. клеток/мл. Культивируют при 37°C в CO₂ инкубаторе, атмосфера 5% CO₂ и 95% влажности в течение 7 суток с однократной сменой среды на третьи сутки. Через неделю культура клеток костного мозга содержала до 10% прикрепившихся к пластику распластанных фибробластоподобных и моноцитарных клеток и до 90% свободно плавающих в суспензии, округлых не прикрепившихся клеток (гемопоэтические клетки). Неприкрепившиеся к пластику прогениторные клетки костного мозга отбирали и затем использовали для иммобилизации на гетерогенный гель с клетками печени.

3). Выделение аутологичных клеток печени.

Производят резекцию 2-4×2-4×1-2 см ткани печени у пациентов с печеночной недостаточностью для получения клеток печени. Выделение аутологичных клеток печени осуществляют по традиционной методике (Seglen О. Preparation of isolated rat liver cells. // Methods. Cell. Biol. 1976. - vol.13. - p.29-83; Fontaine M, Schloo B, Jenkins R, Uyama S, Hansen L, Vacanti J.P. Human hepatocyte isolation and transplantation into an athymic rat, using prevascularized cell polymer constructs. // Pediatr. Surg. - 1995.- vol.30 (l). - p.56-60; Hang H, Shi X, Gu G, Wu Y, Ding Y. A simple isolation and cryopreservation method for adult human hepatocytes // Int J Artif Organs. 2009 Oct; 32(10):720-7; Lehec S.C, Hughes RD, Mitry R.R, Graver M.A, Verma A, Wade J.J, Dhawan A. Experience of microbiological screening of human hepatocytes for clinical transplantation. // Cell Transplant. 2009; 18 (8):941-947).

Выделение аутологичных клеток печени производят из резецированного участка печени путем 3-х кратной отмывки кусочка печени от крови и измельчения его на холоду (t=4°C) в чашке Петри, с 3-х кратной отмывкой образовавшейся взвеси буферным раствором без кальция [1000 мл дистиллированной воды, 8.3 г NaCl, 0.5 г KCl, 2.38 г HEPES, pH 7,4, 37°C] в течение 7 минут. После этого мелкие кусочки печени инкубируются 3 раза раствором коллагеназы [1000 мл дистиллированной воды, 8.3 г NaCl, 0.5 г KCl, 0.7 г CaCl, 2.38 г HEPES, 7.5 мг ингибитор трипсина и 500 мг коллагеназы Тип IV-S (>125 CDU/mg), pH 7,3; 37°C] в течение 6-8 минут с последующей заменой ферментного раствора с использованием центрифугирования 500 об/мин в течение 1 минуты при t=37°C. Полученный материал переносят на сито с ячейками 200 мкм и фильтруют промыванием питательной средой William's E с 10% фетальной бычьей сыворотки, после чего суспензию отдельных клеток и небольших агрегатов переносят в центрифужную пробирку и центрифугируют при 500 об/мин при 4°C в течение 1 минуты. Супернатант удаляют, осадок ресуспендируют в такой же свежей среде и опять центрифугируют. Процедуру повторяют 3 раза. Жизнеспособность клеток оценивают методом окрашивания трипановым синим. Добиваются получения количества клеток в пределах от 3,0×10⁸ до 4,0×10⁸ гепатоцитов на 12-15 г веса ткани печени. Клеточная суспензия должна содержать: гепатоциты, непаренхиматозные клетки печени, которые определяют при световой микроскопии. Разделение парехиматозных и непарехиматозных клеток не выполняют. Взвесь клеток печени концентрируют в 1-2 мл физ. р-ра.

4). Посадка (иммобилизация) аутологичных клеток печени и аутологичных клеток костного мозга на гетерогенный гель.

Посадку (иммобилизацию) клеточного материала осуществляют по традиционной методике (Mooney D.J., Sano K., Kaufmann P.M., Majahod K., Schloo В., Vacanti J.P., Langer R. Long-term engraftment of hepatocytes transplanted о biodegradable polymer sponges // J.Biomed. Mater. Res. - 1997. - Vol.5. - P.413-420).

Аутологичные клетки печени и аутологичные прогениторные клетки костного мозга ресуспендировали в ростовой среде [William's E с заменой аргинина на орнитин, с добавлением фетальной бычьей сыворотки, фактора роста гепатоцитов, эпидермального фактора роста, -субъединицы холерного токсина, дексамезатона, этаноламина, селенита натрия, глюкагона, инсулина, инсулино-подобного фактора роста-I, аскорбиновой кислоты, линолеивой и линоливой жирных кислот] в концентрации 2,0-4,0×10⁶ клеток печени/мл и 2,0-4,0×10⁶ прогениторных клеток костного мозга/мл. Суммарную клеточную суспензию в концентрации 2×10⁶ -15×10⁶ на 1 см³ аккуратно смешивали с гетерогенным гелем в соотношении 1:1, до равномерной консистенции, набирали в шприц и хранили до введения в печень и/или брыжейку при 4°C не более 5 часов.

В качестве гетерогенного геля может быть использован, например, биоматериал, «СфероГЕЛЬ», изготовленный на основе коллагена сельскохозяйственных животных (70%) и коллагенсодержащего экстракта (30%), имеющего вид плотного желеобразного вещества.

Гетерогенные гели используют как элемент экстракорпоральных систем, для инкапсуляции различных типов клеток ( -клетки, гепатоциты, генетически измененные клетки, стволовые клетки) и факторов роста и др. (Shoichet M.S., Li R.H., White M.L. et al. Stability of hydrogels used in cell encapsulation: An in vitro comparison of alginate and agarose // Biotechnol. Bioeng. - 1996. - V.50. - P.374-381; Naka S., Takeshita K., Yamamoto T. Bioartificial liver support system using porcine hepatocytes entrapped in a three-dimensional hollow fiber module with collagen gel: an evaluation in the swine acute liver failure model // Artif. Organs. - 1999. - V.23. - P.822-828; Tan W., Desai M. S., Desai T. A. Microfluidic patterning of cells in extracellular matrix biopolymers: effect of channel size, cell type, and matrix composition on pattern integrity // Tissue Engineering. - 2003. - V.9. - № 2. - P.255-268; Hedberg L.E., Kroese-Deutman H.C, Shih С.K. et al. Effect of varied release kinetics of the osteogenic thrombin peptide TP508 from biodegradable polymeric scaffolds on bone formation in vivo II J. Biomed. Mater. Res. - V.72A. - № 4. - 2005. - P.343-353; Allemann F., Mizuno S. et al. Effect of hyaluronan on engeneered articular cartilage extracellular matrix gene expression in 3-dimensional collagen scaffolds // J. Biomed. Mater. Res. - 2001. - V. 55. - P.13-19; Houweling D.A., Lankhorst A.J., Gispen W.H. Collagen containing neurotrophin-3 (NT-3) attracts regrowing injured corticospinal axons in the adult rat spinal cord and promotes partial functional recovery // Exp. Neurol. - 1998. - V.153. - № 1. - P.49-59; Marchand R., Woerly S., Bertrand L. et al. Evaluation of two cross-linked collagen gels implanted in the transected spinal cord // Brain Res. Bull. - 1993. - V.30. - № 3-4. - P.415-422; Marchant R., Hiltner A., Hamlin C. et al. In vivo biocompatibility studies. 1. The cage implant system and biodegradable hydrogel // J. Biomed. Mater. Res. - 1983. - V.17. - P.301-325; Motoyuki S., Kazuhiro I., Akiyoshi S. et al. Long-term culture of primary rat hepatocytes with high albumin secretion using membrane-supported collagen sandwich // Cytotechnology. - 1993. - V.11. - № 3. - P.213-218).

Гель «СфероГЕЛЬ» имеет следующие характеристики:

Размер пор	~100-400 µм
Количество сцепленной воды	~32,8±0,5 wt.%
Набухание (в воде)	~86,6±3,0 wt.%
Время полной резорбции	~ от 3-4 недель до 6-9 месяцев

Разнородная система гидрогеля содержит коллаген в форме микрочастиц (~35-300 µm) в коллагеновом растворе.

Физико-химические, механические и технологические свойства «СфероГЕЛЬ» делают этот биополимер весьма привлекательным для разработки временных каркасов для гибридных биоискусственных органов, т.к. обладают следующими свойствами (Волова Т.Г., Севастьянов В.И., Шишацкая Е.И. Полиоксиалканоаты - биоразрушаемые полимеры для медицины: Монография. 2-е изд., дополн. и переработ. - Красноярск, «Платина» 2006. - 288 с.):

- многофункциональностью (выполняет одновременно функции каркаса, подложки и питательной среды для клеточных культур);

- механической прочностью и эластичностью, достаточной для хирургических манипуляций;

- биосовместимостью на белковом и клеточным уровнях;

- способностью стимулировать пролиферацию и дифференцировку клеток;

- пористостью (размер микропор 100-400 мкм), обеспечивающей процессы неоваскуляризации;

- возможностью стерилизации стандартными способами без изменения их медико-технических свойств;

- способностью к биодеградации (от 3-4 недель до 6-9 месяцев).

Используемые гели были в шприце одноразового использования объемом: 2,0 мл, которые были помещены в двойную хирургическую стерильную упаковку. Изделие «СТЕРИЛЬНО» (стерилизуется радиационным методом).

5). Трансплантация гетерогенного геля, с иммобилизированными аутологичными клетками печени и прогениторными клетками костного мозга в организм;

Трансплантацию гетерогенных гелей с иммобилизированными аутологичными клетками печени и аутологичными прогениторными клетками костного мозга осуществляют пациентам с печеночной недостаточностью путем инъекций в паренхиму печени и/или в брыжейку тонкой кишки на 3-4 сутки после резекции печени. Для чего использовали гель с иммобилизированными клетками, которые хранились в шприце. Причем при трансплантации в паренхиму печени осуществляют, выполняя, по меньшей мере, одну инъекцию геля с иммобилизированными на нем клетками. При трансплантации в брыжейку тонкой кишки осуществляют, по меньшей мере, одну инъекцию геля с иммобилизированными на нем клетками. При трансплантации в паренхиму печени и брыжейку тонкой кишки осуществляют соответственно, по меньшей мере, по одной инъекции геля с иммобилизированными на нем клетками в каждую из указанных областей.

6). Использование антикоагулянтов и антиагрегантов;

После трансплантации геля с иммобилизированными аутологичными клетками печени и аутологичными прогениторными клетками костного мозга пациентам назначают антикоагулянты в профилактической дозе, например: гепарин 5000 ME каждые 12 часов в течение 7-10 дней под контролем свертывающей системы крови и антиагреганты, например, трентал из расчета 45 мг/м² поверхности тела каждые 12 часов в течение 30-90 дней.

Предложенный трансплантат для лечения печеночной недостаточности состоит из гетерогенного биосовместимого биодеградируемого геля и посаженых на него аутологичных прогениторных клеток костного мозга и аутологичных клеток печени.

Для доказательства возможности достижения заявленных назначений и достижения указанного технического результата приводим следующие данные.

Пример осуществления предлагаемого способа с использованием предлагаемого трансплантата в эксперименте.

Моделирование хронической печеночной недостаточности у животных (крысы) осуществляли по признанной и адекватной модели (Фишер А. Физиология и экспериментальная патология печени // А.Фишер. - Будапешт, 1961, - 230 с.; Колпащикова И.Ф. Влияние трансплантации клеток тимуса, костного мозга и селезенки на восстановительные процессы в патологически измененной печени // Бюл. эксперим. биол. и мед., - 1979, № 10. - С.477-480; Колпащикова И.Ф. Общие и местные изменения в организме при экспериментальном повреждении печени и ее регенерация // Автореф. докт. дисс. - 1982, Казань. - 41 с.) путем введения 60% раствора CCl₄, первое введение 0,5 мл на 100 г массы, последующие по 0,3 мл на 100 г массы тела. Курс введения 6 недель с частотой - 2 введения в неделю.

Моделирование острой печеночной недостаточности у животных (собаки) осуществляли путем резекции 45-50% ткани печени, также являющейся признанной и адекватной моделью острой печеночной недостаточности (Demetriou A., Reisher A., Sanchez J. Et al. Transplantation of microcarrier-attached hepatocytes into 90% partially hepatomized rats // Hepatology. - 1988. - Vol.8. - P.1006-1009; Чикотеев С.П., Плеханов А. Н. Печеночная недостаточность //в кн. Печеночная недостаточность. Иркутск. - 2002. - 260 с.; Michalopoulos G.K. Liver regeneration: Molecular mechanisms of growth control // FASEB J. - 1990. - Vol.l04. - P. 176; Bowling WM, Kennedy SC, Cai SR, Duncan JR, Gao C, Flye MW Portal branch occlusion safely facilitates in vivo retroviral vector transduction of rat liver. // Hum. Gen. Ther. - 1996. - vol.7 (17). - P.2113-2121).

1). Осуществляли по традиционной методике выделение аутологичных прогениторных клеток костного мозга.

Получали клеточный аспират из костномозгового канала большеберцовых костей (крысы) или плечевых костей (собаки) путем промывания полости фосфатно-буферным раствором, содержащим 50 ед/мл гепарина и 0,25 мг/л гентамицина с помощью иглы 18G, насаженной на шприц. Суспензию клеток центрифугировали, осадок клеток ресуспендировали в лизирующем растворе при комнатной температуре в течение 3 мин и снова центрифугировали 3-5 мин при 1500 об/мин. Гемолизированный супернатант полностью удаляли отсасыванием, а клеточный осадок, содержащий прогениторные клетки костного мозга, ресуспендировали в ростовой среде. Интерфазу с мононуклеарными клетками собирали с поверхности эритроидного осадка и ресуспендировали в лизирующем растворе, в соотношении 1:4, в течение 5-8 мин и центрифугировали 5 мин при 1500 об/мин при комнатной температуре. Гемолизированный супернатант полностью удаляли. Добивались полного лизиса эритроцитов, для чего процедуру лизирования проводили дважды или трижды с последующим отмыванием клеток центрифугированием. Клеточный осадок, свободный от эритроидных и тромбоцитарных форм, в количестве 60-150×10⁶ клеток объединяли с осадком клеток, полученным из плазмы, и далее ресуспендировали в ростовой среде для стимуляции роста клеток.

2). Осуществляли по традиционной методике культивирование прогениторных клеток костного мозга.

Частично очищенные прогениторные клетки костного мозга, высевали для культивирования в количестве 1,5-2,0 млн. клеток/мл. Культивировали при 37°С в CO₂-инкубаторе, атмосфере 5% CO ₂ и 95% влажности в течение 7 суток с однократной сменой среды на третьи сутки.

3). Выделение аутологичных клеток печени осуществляли по традиционной методике.

Выделение аутологичных клеток печени из резецированного участка печени (4×4×2 см у собак и 1×1×0,5 см у крыс) производилось путем 3-х кратной отмывки от крови и измельчения его на холоду (t=4°C), с 3-х кратной отмывкой образовавшейся взвеси буферным раствором без кальция в течение 7 минут. После этого мелкие кусочки печени были проинкубированы 3 раза раствором коллагеназы в течение 6-8 минут с последующей заменой ферментного раствора с использованием центрифугирования 500 об/мин в течение 1 минуты при t=37°C. Полученный материал переносился на сито с ячейками 200 мкм и фильтровался промыванием питательной средой William's E с 10% фетальной бычьей сыворотки, после чего суспензию клеток центрифугировали при 500 об/мин при 4°C в течение 1 минуты. Супернатант удаляли, осадок ресуспендировали в такой же свежей среде и опять центрифугировали. Процедуру повторяли 3 раза. Жизнеспособность клеток, колебавшуюся в пределах от 83 до 95%, оценивали методом окрашивания трипановым синим. Количество клеток колебалось в пределах от 3,0×10⁸ до 4,0×10 ⁸ гепатоцитов на 15 г веса ткани печени. Клеточная суспензия содержала: гепатоциты ~95÷98%, и ~5÷2% непаренхиматозных клеток печени, которые были определены при световой микроскопии. Разделение паренхиматозных и непарехиматозных клеток не выполнялось. Взвесь клеток печени концентрировали в 1-2 мл физиологического раствора

3). Посадка (иммобилизация) аутологичных клеток печени и аутологичных клеток костного мозга на гетерогенный гель.

Посадку (иммобилизацию) аутологичных клеток печени и прогениторных клеток костного мозга на гель также осуществляли по традиционной методике.

В качестве гетерогенного геля может быть использован, например, биоматериал, «СфероГЕЛЬ» изготовленный на основе коллагена сельскохозяйственных животных (70%) и коллагенсодержащего экстракта (30%), имеющего вид плотного желеобразного вещества. С размерами пор ~ 100-400 µм, временем полной резорбции ~ от 3-4 недель до 6-9 месяцев.

Аутологичные клетки печени и аутологичные прогениторные клетки костного мозга ресуспендировали в ростовой среде [William's E с заменой аргинина на орнитин, с добавлением фетальной бычьей сыворотки, фактора роста гепатоцитов, эпидермального фактора роста, -субъединицы холерного токсина, дексамезатона, этаноламина, селенита натрия, глюкагона, инсулина, инсулино-подобного фактора роста-1, аскорбиновой кислоты, линолеивой и линоливой жирных кислот] в концентрации 2,0-4,0×10⁶ клеток печени/мл и 2,0-4,0×10⁶ прогениторных клеток клеток костного мозга/мл. Суммарную клеточную суспензию в концентрации 2×10 ⁶-15×10⁶ на 1 см³ аккуратно смешивали с гетерогенным гелем в соотношении 1:1, до равномерной консистенции, набирали в шприц и хранили до введения в печень и/или брыжейку при 4°C не более 5 часов.

4). Трансплантацию гелей с иммобилизированными аутологичными клетками печени и прогениторными клетками костного мозга в организм животным:

A). Собакам осуществляли в паренхиму печени на 3-4 сутки после моделирования печеночной недостаточности путем резекции 50% ткани печени;

Б). Собакам осуществляли в брыжейку тонкой кишки на 3-4 сутки после моделирования печеночной недостаточности путем резекции 50% ткани печени;

B). Собакам осуществляли в паренхиму печени и в брыжейку тонкой кишки на 3-4 сутки после моделирования печеночной недостаточности путем резекции 50% ткани печени;

Г). Крысам в паренхиму печени на 42-44 сутки после моделирования хронической печеночной недостаточности путем путем введения 60% раствора CCl₄ (первое введение 0,5 мл на 100 г массы, последующие по 0,3 мл на 100 г массы тела частотой - 2 введения в неделю).

Перед трансплантацией животных (собаки) наркотизировали: смесью препаратов осуществляли путем внутримышечного введения смеси препаратов: Калипсол (5% 10 мг/кг, Дроперидол (1,5 мг/кг), Атропин (0,1% - 0,02 мг/кг), Димедрол 1% - 0,5 мл. После чего, в операционной, осуществляли вводный наркоз путем внутривенного введения 1% Пропофола из расчета 7 мг/кг. Операцию проводили под интубационным наркозом. Поддержание анестезии проводили 1% Пропофолом 0,5 мг/кг/ч и Калипсолом 2 мг/кг. У крыс осуществляли анестезиологическое пособие из расчета на 100 г массы тела, при этом вводили внутримышечно: Калипсол 10% - 2 мл, Ксилазин 2% - 1 мл, Атропин 0,2 мл.

Суммарный клеточный материал, содержащий аутологичные клетки печени и костного мозга в концентрации 2×10⁶-15×10⁶ на см³ и соотношении 1:1, иммобилизированные на гетерогенном геле СфероГЕЛЬ, трансплантировали в паренхиму печени и/или в брыжейку тонкой кишки животных.

Брюшную полость ушивали послойно наглухо. Для профилактики инфекционных осложнений интраоперационно животным внутривенно вводили Офлоксацин 40 мл; Метронидазол 30 мл; Дитилин 5% 20 мг/кг/ч. Проводили контроль показателей биохимии, коагулограммы, общего анализа крови на 1, 3, 9, 14, 18 сутки после операции.

5). Использование антикоагулянтов и антиагрерантов;

В частном случае для профилактики клеточной инфильтрации трансплантата клетками крови сразу после трансплантации геля с иммобилизированными аутологичными клетками печени и аутологичными прогениторными клетками костного мозга ежедневно назначали антикоагулянты в профилактической дозе, например: гепарин 2500 ME каждые 12 часов в течение 7-10 дней под контролем свертывающей системы крови и антиагреганты, например трентал из расчета 45 мг/м² поверхности тела каждые 12 часов в течение 30-90 дней.

Всего нами проведено 18 экспериментов, при этом коррекция острой печеночной недостаточности по предложенному способу была проведена в 3 экспериментах и хронической печеночной недостаточности - в 15 экспериментах.

Для доказательства заявленных назначений и достижения указанного технического результата приводим следующие данные.

На фиг.1 представлена динамика синтетической функции печени (фибриноген) при острой печеночной недостаточности. Проведенные исследования показали, что после резекции 50% печени минимальная синтетическая функция печени отмечалась в период первых 3 дней после резекции. По сравнению с исходом показатели фибриногена уменьшились в 2,4 раза, что указывает на значительные функциональные нарушения печеночных клеток. После чего отмечается постепенное возвращение этих показателей к исходным к 18 суткам после моделирования печеночной недостаточности. В эксперименте после трансплантации гетерогенного геля с посаженными на него аутологичными прогениторными клетками костного мозга и аутологичными клетками печени по предложенному способу, динамика синтетической функции печени была сходной с контрольной группой. Однако, с момента трансплантации (3 сутки после моделирования печеночной недостаточности) аутологичными клеток печени и прогениторных клеток костного мозга, посаженных на гетерогенный гель, отмечается более быстрое восстановление до исходных показателей синтетической функции печени, например, к 5 суткам трансплантации этот показатель был меньше исходных на 9,5%, а в контрольной группе на 44,3%.

На фиг.2 представлена динамика синтетической функции печени (АЧТВ) при острой печеночной недостаточности. Проведенные исследования показали, что после резекции 50% печени синтетическая функция печени на 1 день после резекции снизилась, что проявилось в виде увеличения АЧТВ на 33,3%. По сравнению с исходом на 3 день после резекции показатели АЧТВ увеличились в 1,35 раза, что указывает на значительные функциональные нарушения печеночных клеток. После чего отмечается постепенное (причем в исследуемой группе, практически к 5 суткам после трансплантации) возвращение этих показателей к исходным, а в контрольной группе на исследуемом сроке (18 дней после операции) этот показатель (АЧТВ) так и не достиг исходного. Это произошло только к 28-32 суткам после операции.

Из представленных данных следует, что до момента трансплантации аутологичных клеток печени и прогениторных клеток костного мозга, посаженных на гетерогенный гель, динамика показателей, характеризующих синтетическую функцию печени, была сходной в обеих группах (контрольная, эксперимент), однако в исследуемой группе (эксперимент) восстановление синтетической функции печени (по фибриногену и АЧТВ) происходило быстрее, и эти показатели были более приближены к исходным.

На фиг.3 через 90 дней в контрольной группе (без лечения по предложенному способу) выявлена крупно и мелко капельная жировая дистрофия гепатоцитов; паренхиматозная дистрофия гепатоцитов; очаговые некрозы гепатоцитов (1). В паренхиме редкая лимфоидно-клеточная инфильтрация и пролиферация гистиобластов и гистоцитов (2).

Окраска PAS, ув.×400.

На фиг.4 через 90 дней в контрольной группе (без лечения по предложенному способу) выявлена гидропическая дистрофия гепатоцитов (3), очаговые некрозы (4).

Окраска гематоксилин-эозин, ув.×400.

На фиг.5 через 90 дней в исследуемой группе (с лечением по предложенному способу) выявлена сохранная структура печени и ее баллочное строение (5). Центральная часть дольки с сохранными структурами (5).

Окраска гематоксилин-эозин, ув.×400.

На фиг.6 через 90 дней в исследуемой группе (с лечением по предложенному способу) выявлен островок имплантируемых гепатоцитов вблизи центральной вены (6).

Окраска гематоксилин-эозин, ув.×400.

Во всех случаях был достигнут желаемый результат, а именно была получена и адекватно корригирована печеночная недостаточность. Способ позволяет улучшить результаты лечения печеночной недостаточности путем обеспечения изолированными аутологичными гепатоцитами детоксикационной и биорегуляторной функций, пролонгирования сроков их выживания с активизацией пролиферации за счет совместного интракорпорального введения с аутологичными прогениторными клетками костного мозга, создания каркаса для размещения в пространстве ассоциаций образующихся клеток, создания условий для прорастания в этот каркас сосудов, диффузии питательных веществ, кислорода и факторов тканевой дифференцировки из крови сосудов печени и/или сосудов брыжейки, проросших в каркас, к иммобилизованным печеночным клеткам и клеткам костного мозга; обеспечивает профилактику осложнений, связанных с использованием устройства с клетками. Кроме того, использование аутологичных клеток печени и прогениторных клеток костного мозга позволяет избегать применения иммуносупрессивной терапии, а длительная их жизнеспособность позволяет поддерживать гомеостаз.

Таким образом, приведенные данные четко свидетельствуют о том, что коррекция печеночной недостаточности происходит значительно быстрее и адекватнее при применении предлагаемого способа коррекции печеночной недостаточности. Кроме того, нами доказано длительное выживание клеток печени и появление вновь образованных сосудов в устройстве спустя 90 дней после трансплантации животному геля с аутологичными клетками печени и аутологичными прогениторными клетками костного мозга.

Учитывая вышеизложенное, экстраполяция результатов проведенных экспериментов в клинику правомерна, предложенный метод и трансплантат, обеспечивая пролонгирование жизнедеятельности изолированных гепатоцитов, могут быть использованы для коррекции печеночной недостаточности.