Определение безопасности биорезорбируемого имплантата на основе полилактат-когликолида в эксперименте

Введение

В последние годы достигнут значительный прогресс в разработке хирургических технологий остеосинтеза костей скелета с применением биорезорбируемых имплантатов [1, 2]. Подобные имплантаты используются в травматологии в качестве штифтов и винтов и позволяют исключить дополнительные вмешательства по удалению имплантата [3]. Полимерные фиксаторы, как правило, изготовлены на основе полимолочной кислоты, не обладают остеогенной активностью, а заживление перелома происходит в обычные сроки [4, 5]. Возможность замещения различных металлоконструкций биодеградируемыми полимерами является актуальной темой в травматологии и ортопедии [5, 6]. Полимер молочно-гликолевой кислоты (ПЛГА) является известным биоразлагаемым материалом. Повышенный интерес травматологов к применению биодеградируемых имплантатов открыл для ПЛГА перспективное будущее при лечении переломов [7, 8]. Однако определение безопасности биодеградируемых имплантатов на основе ПЛГА для внедрения в практику детского травматолога ещё не проводилось в необходимом объёме.

Цель работы: определить безопасность биорезорбируемого имплантата на основе ПЛГА для хирургического лечения дистального метаэпифизеолиза большеберцовой кости у детей.

Материалы и методы

Эксперименты выполнены на лабораторных белых крысах. Содержание животных и все исследования с их участием проводили в строгом соответствии с современными стандартами по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей. Эксперименты были проведены на 50 крысах-самках возрастом 3 мес (масса тела 110–120 г) и 50 самцах возрастом 3 мес (масса тела 100–120 г). Для контроля выбраны 20 животных обоих полов того же возраста и веса.

Основные периоды обследования регламентированы стандартами, относящимися к имплантации биостабильных материалов, которые в норме составляют 1–12 нед. Имплантацию фрагментов ПЛГА в брюшную полость животных проводили под лёгким эфирным наркозом: образцы вводили внутрибрюшинно по 20 штук, длина каждого фрагмента 0,5 см, диаметр 1,5 мм. Одновременно из вены хвоста животных осуществляли забор крови для анализа.

Все животные после операции проснулись, были активны. Лабораторные показатели определяли в начале эксперимента и затем в динамике через 1, 2 и 3 мес. При этом одновременно проводили общий анализ крови и биохимический анализ: общий белок, аланинаминотрансфераза, общая α-амилаза, мочевина, креатинин, глюкоза, холестерин, общий билирубин.

Тема работы и дизайн исследования были одобрены независимым локальным этическим комитетом.

Статистический анализ проводился с использованием программы «StatTech v. 4.7.1» («Статтех»). В случае отсутствия нормального распределения данные описывали с помощью медианы (Me) и нижнего и верхнего квартилей [Q₁; Q₃]. При сравнении нормально распределённых показателей, рассчитанных для двух связанных выборок, использовали парный t-критерий Стьюдента. При сравнении показателей, распределение которых отличалось от нормального, в двух связанных группах использовали критерий Вилкоксона. Различия считали значимыми при p < 0,05.

Результаты

У всех животных после внутрибрюшинного введения имплантатов на основе ПЛГА общее состояние было удовлетворительным. Не выявлено изменений функционирования основных систем организма животных. Никаких нарушений в питании, выпаивании, наличии инфекционных болезней или неврологических отклонений у животных не отмечено. Клиническая картина соответствовала нормальному поведению и состоянию животных. В движении и в покое животные имели физиологическое положение в пространстве. После введения имплантантов на основе ПЛГА у животных не выявлено значимых различий в динамике показателей общего анализа крови в начале опыта, через 1, 2 и 3 мес (табл. 1).

После имплантации фрагментов на основе ПЛГА животным биохимические показатели крови существенно не изменялись в начале опыта и динамике (табл. 2).

Таким образом, представленные данные свидетельствуют об отсутствии значимого влияния имплантатов на основе ПЛГА на состояние экспериментальных животных и их жизнедеятельность.

Обсуждение

Лечение переломов с повреждением зоны роста костей у детей, несомненно, является актуальной задачей для детской травматологии. Традиционно преобладает консервативное лечение переломов. Однако значимые смещения требуют закрытой репозиции. В тех случаях, когда не удаётся сохранить стояние отломков после закрытой репозиции, применяют металлоостеосинтез спицами с последующей гипсовой иммобилизацией. Однако пока не создан фиксатор с совместимой полимерной биодеградируемой структурой, не требующий удаления в последующем [3, 8]. Имеются полимеры без остеогенной активности с обычными сроками биодеградации полимеров: полилактат, поликапрон и ПЛГА [8, 9]. Однако работы для подтверждения биобезопасности и отсутствия токсичности имплантатов на основе ПЛГА в необходимом объёме не проводились.

В нашей работе после внутрибрюшинной имплантации животным фиксатора на основе ПЛГА их общее состояние и жизнедеятельность существенно не изменялись по сравнению с контролем. Двигательная активность, поведенческие реакции и масса тела животных не менялись в динамике по сравнению с контролем. При этом не выявлено значимых различий в общем и биохимическом анализах крови животных в начале опытов и в динамике через 1, 2 и 3 мес после введения имплантата на основе ПЛГА. Следовательно, доказаны отсутствие токсичности и биобезопасность имплантата на основе ПЛГА, что позволяет определить показания к возможному использованию биоразлагаемых фиксаторов в детской травматологии в зависимости от тяжести перелома. Вместе с тем очевидно, что имплантанты для травматологии должны быть достаточно охарактеризованы и протестированы, помимо требований о доказанной пользе для здоровья [10]. Широкое применение имплантатов на основе ПЛГА в качестве фиксаторов в детской травматологии возможно лишь после выполнения полного цикла регуляторных и экспериментальных исследований в соответствии со стандартами¹. Для реализации этих требований необходимо проведение работ in vivo для определения эмбрио- и тератотоксичности и анализа возможного негативного влияния на зону роста костей в процессе взросления.

Несмотря на преимущества имплантатов на основе биорезорбируемых полимерных материалов, следует отметить их недостатки: прежде всего, это длительный срок деградации (ПЛГА — до 1,5–2,0 лет) по сравнению с периодом сращения и восстановления костных повреждений [11, 12]. Во время деградации биополимеров вокруг прилежащих тканей образуется кислая среда, что часто вызывает местную воспалительную реакцию и оказывает неблагоприятное воздействие на восстановление тканей [13]. Устранить перечисленные недостатки можно с помощью добавления к полимерной матрице резорбируемого дисперсного наполнителя (гидроксиапатит, трикальцийфосфат) [14]. Показано, что биокерамика обладает остеокондуктивностью, резорбтивными свойствами, уменьшает кислотность продуктов деградации [15].

Заключение

Биорезорбируемый имплантат на основе ПЛГА не оказывает значимого негативного воздействия на показатели жизнедеятельности экспериментальных животных. Внутрибрюшинное имплантирование фрагментов фиксаторов не влияет отрицательно на лабораторные показатели, что указывает на их биобезопасность при клиническом применении.

¹ГОСТ Р ИСО 14630–2017. Имплантаты хирургические неактивные. М.; 2017.