Восстановление хрящевой поверхности и интеграция трансплантатов реберного хряща при хондропластике коленного сустава

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-75-01066

НазваниеВосстановление хрящевой поверхности и интеграция трансплантатов реберного хряща при хондропластике коленного сустава

Руководитель Куренкова Анастасия Дмитриевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет) , г Москва

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-405 - Регенеративная медицина

Ключевые слова суставный хрящ, реберный хрящ, гиалиновый хрящ, хондропластика, трансплантация, регенеративная медицина

Код ГРНТИ34.03.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Заболеваниям суставов различной этиологии подвержены около 10% населения развитых стран, и крайне остро эта проблема стоит для возрастных пациентов. Нарушение функциональности суставов вследствие утраты хрящевой ткани суставной поверхности оказывает негативное воздействие на работоспособность и качество жизни людей. Замена сустава на искусственный является наиболее частым подходом к лечению обширных повреждений артикулярного хряща в клинической практике. Еще одним способом восстановить функциональность сустава, дающим удовлетворительный результат, является метод мозаичной хондропластики, основывающийся на аутологичной трансплантации фрагментов неразрушенного артикулярного хряща (если таковой остался у пациента) с ненагружаемых участков сустава в поврежденную область. Однако, существует ряд ограничений, накладываемых на применение мозаичной хондропластики крупных суставов: во-первых, дополнительное травмирование области суставного хряща, откуда забираются фрагменты для трансплантации, а также достаточно ограниченное количество трансплантируемого материала; во-вторых, отсутствие интеграции пересаженных фрагментов гиалинового хряща с окружающими повреждение тканями, что значительно снижает эффективность закрепление трансплантатов в дефекте и с течением времени ведёт к выпадению части трансплантированных графтов в суставную полость и повторному обнажению повреждения. Чтобы преодолеть описанные выше ограничения, мы предлагаем комбинацию двух подходов: трансплантации аутологичного гиалинового хряща рёбер и клеточных технологий. Гиалиновый хрящ, получаемый из ребра, имеет схожее строение и механические свойства, при этом применение рёберного хряща вместо артикулярного минимизирует повторное травмирование сустава и значительно расширяет объем доступного для трансплантации материала. А также на основании работ по ринопластике, где фрагменты реберного хряща применяются достаточно часто, можно заключить, что заживление хрящевых тканей ребра после забора фрагмента проходит без негативных последствий для пациента. Применение же клеточных технологий при трансплантации рёберных хрящевых графтов позволит решить проблему интеграции хрящевых трансплантатов друг с другом и окружающей их тканью. Выполнение эксперимента на лабораторных крысах позволит провести научно-обоснованную характеристику рёберных графтов перед трансплантацией, а также произвести всестороннюю оценку заживления суставного хряща на разных сроках после трансплантации, на основании чего будет дана оценка эффективности предлагаемого метода лечения и подготовлен большой задел для трансляции данной технологии в клиническую практику.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проект посвящён разработке нового подхода к восстановлению гиалинового хряща суставов с использованием трансплантации аутологичного рёберного хряща. Для улучшения интеграции графтов было предложено применение фибринового геля, содержащего рёберные хондроциты. На первом этапе реализации проекта определена оптимальная концентрация клеток и проведены операции по трансплантации аутографтов. В эксперименте использовали 4 группы: (1) ложнооперированный контроль, (2) группа с дефектом без трансплантации, (3) группа с дефектом, обработанным фибриновым гелем с последующей трансплантацией графта, и (4) группа с дефектом, обработанным фибриновым гелем, содержащим хондроциты, с последующей трансплантацией графта. В текущем отчётном периоде проведён комплексный анализ образцов тканей животных, выведенных из эксперимента через 1, 6 и 12 месяцев после операции. Результаты микро-КТ-исследований показали, что трансплантированный графт полностью сохраняет свою структуру в течение всего срока наблюдения, восстанавливая анатомическую конгруэнтность суставной поверхности уже через 1 месяц после операции. Гистологический и иммуногистохимический анализы подтвердили сохранение ключевых маркеров гиалинового хряща (Sex Determining Region Y Box Protein 9 - Sox9, коллаген II типа, протеогликаны) в ткани трансплантата при отсутствии признаков фиброзных изменений (коллаген I типа). Важным достижением стало выявление противовоспалительного действия трансплантированных хондроцитов. В группе с клеточным компонентом отмечено достоверное снижение резорбции субхондральной кости через 1 месяц (параметры BV/TV и SMI соответствовали показателям ложнооперированного контроля) и отсутствие признаков синовита. Однако к 6 и 12 месяцам различия между группами нивелировались, что свидетельствует о временном характере противовоспалительного эффекта. Установлено, что новообразованная ткань в зоне контакта между графтом и краями дефекта имеет фиброзный характер, несмотря на внесение хондроцитов. Также показано, что в донорском участке надхрящница ребра формирует волокнистую соединительную ткань, а не гиалиновый хрящ. Эти данные указывают на необходимость разработки дополнительных методов стимуляции дифференцировки стволовых клеток в гиалиновый хрящ. В связи с этим параллельно проведены исследования с использованием лактоферрина: в модели дефекта ушного хряща кролика показана его способность восстанавливать нативную структуру хряща за счёт стимуляции хондрогенеза. Результаты опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences (Q1, импакт-фактор 5.6). В рамках текущего проекта также подготовлена и принята к публикации обзорная статья в журнале European Cells and Materials (Q2, импакт-фактор 3.4), систематизирующая современные стратегии применения рёберного хряща в регенеративной медицине. Разработанный метод трансплантации рёберного хряща демонстрирует высокую приживаемость графта и может стать экономически эффективной альтернативой классической мозаичной хондропластике. Выявленный противовоспалительный эффект хондроцитов открывает перспективы для разработки комбинированных терапий с использованием зарегистрированных материалов (SVF, PRP, экзосомы МСК). Полученные результаты легли в основу статьи, готовящейся к публикации в журнале Tissue Engineering and Regenerative Medicine (Q1). Также результаты исследований были представлены на четырёх российских и международных конференциях.

Публикации

1. Шелег С.А., Куренкова А.Д. Определение оптимальной плотности реберных хондроцитов в фибриновом геле для дальнейшей трансплантации Фундаментальная наука и клиническая медицина—человек и его здоровье : материалы XXVII Международной медикобиологической конференции молодых исследователей (20 апреля 2024 года) /Санкт-Петербург: Сциентиа, 2024., Фундаментальная наука и клиническая медицина—человек и его здоровье [Электронный ресурс]: материалы XXVII Международной медикобиологической конференции молодых исследователей (20 апреля 2024 года) / под ред. А. М. Сараны [и др.]; Санкт- Петербургский госу-дарственный университет.—Электронные данные.—Санкт- Петербург: Сциентиа, 2024.—Том XXVII.—4,88 Мб; 912 с. ISBN 978-5-6051734-4-1 (год публикации - 2024)

2. Куренкова А.Д., Сережникова Н.Б., Шелег С.А., Файзуллин А.Л., Денисов Н.Е., Игрункова А.В., Садчикова Е.Р., Антошин А.А., Тимашев П.С. Lactoferrin Stimulates Chondrogenesis and Promotes Healing of the Auricular Elastic Cartilage International Journal of Molecular Sciences, 24;26(5):1956 (год публикации - 2025)
10.3390/ijms26051956.

3. Шелег С.А., Куренкова А.Д., Мосина З.А., Тимашев П.С. Potential Strategies For Effective Utilization of Costal Cartilage in Articular Cartilage Injury Repair European Cells & Materials (год публикации - 2025)

4. Шелег С.А., Куренкова А.Д. Оценка восстановления дефектов суставного хряща коленного сустава крыс с помощью реберных аутографтов Сборник тезисов 28-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА», ФИЦ ПНЦБИ РАН, Пущино, Сборник тезисов 28-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2025. – 668 с (год публикации - 2025)

5. Шелег С.А., Куренкова А.Д. Оценка жизнеспособности реберных хондроцитов в фибриновой 3D системе Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2024» / М.: МОО СИПНН Н.Д. Кондратьева, Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2024» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов, Е.И. Зимакова. [Электронный ресурс] – М.: МОО СИПНН Н.Д. Кондратьева, 2024. ISBN 978-5-901-64042-5 (год публикации - 2024)

6. Шелег С.А., Куренкова А.Д., Файзуллин А.Л., Ефремов Ю.М., Тимашев П.С Оценка возможности использования рёберного хряща для мозаичной хондропластики коленного сустава у крыс Материалы VI Национального конгресса по регенеративной медицине; Санкт-Петербург: Эко-Вектор, 2024., Материалы VI Национального конгресса по регенеративной медицине [электронный ресурс]; Санкт-Петербург, 13–15 ноября 2024 г. Санкт-Петербург: Эко-Вектор, 2024. 1157 c. DOI: https://doi.org/10.17816/morph.konf2024 ISBN 978-5-907886-06-3 (год публикации - 2024)
10.17816/morph.konf2024

Возможность практического использования результатов
Разработанный метод мозаичной хондропластики с использованием рёберного аутографта обладает значительным потенциалом для внедрения в клиническую практику. В отличие от традиционного метода мозаичной хондропластики, предлагаемый метод доступен для более широкого круга пациентов, включая пожилых людей, поскольку в отличие от аутологичного суставного хряща, рёберный хрящ не подвержен деградации. Восстановление суставной поверхности позволяет пациентам вернуться к активной жизни и трудовой деятельности, снижая нагрузку на систему социального обеспечения. Помимо клеточных технологий возможно использование других методов противовоспалительной терапии, что делает хондропластику с помощью рёберного хряща недорогой и несложной в выполнении процедурой. Таким образом данная методика может быть применена в различных клинических центрах по всей стране. Также повсеместное внедрение метода стимулирует развитие сопутствующих отраслей, таких как производство гидрогелей, обладающих противовоспалительными свойствами.