Клиническая эффективность применения мезенхимальных стволовых клеток в лечении пациентов с аваскулярным некрозом головки бедренной кости

Аваскулярный некроз головки бедренной кости (АНГБК) является распространенной проблемой, встречающейся у 10–18 % пациентов травматологического профиля, при этом у больных с серповидно-клеточной анемией частота достигает 30 % [1–5]. Эндопротезирование суставов является практически единственным способом лечения [1–3, 7]. Однако развитие регенеративной медицины на сегодняшний день позволяет отсрочить эндопротезирование, повысить качество жизни пациентов с данной патологией [5, 6]. Мезенхимальные стволовые клетки (МСК), благодаря их потенциалу многоуровневой дифференцировки, являются наиболее перспективными для применения в данной области [5, 6]. В нескольких исследованиях были отмечены их способность к самообновлению, многолинейной дифференцировке, а также иммуномодулирующие свойства [18, 19]. Являясь мульти-потентными, стволовые клетки способны дифференцироваться в различные типы клеток, включая адипоциты, хондроциты, остеобласты и нейроноподобные клетки [19]. Доступность и простота их распространения позволяют предположить, что использование МСК может быть эффективно, в том числе и в ортопедической практике.

Цель исследования. Изучить клиническую эффективность применения мезенхимальных стволовых клеток в лечении пациентов с аваскулярным некрозом головки бедренной кости.

Материалы и методы

Выполнен обзор данных в PubMed, Cochrane Library, Science Direct, eLIBRARY. Поиск осуществлен по ключевым словам: «аваскулярный некроз головки бедренной кости», «мезенхимальные стволовые клетки», «МСК», «ONFH», «THA», «AVN». Кроме того, проведен ручной поиск статей в журналах. Критерии исключения из анализа: описание отдельных клинических случаев; книги и документы; сравнение результатов лечения. В итоговый анализ из 81 первично выявленных включены 28 источников. Представлено описание клинического случая лечения пациента с аваскулярным некрозом головки бедренной кости с применением мезенхимальных стволовых клеток.

Результаты

В качестве стратегии лечения аваскулярного некроза головки бедренной костина ранней стадии консервативные методы лечения (например, физиотерапия или фармакотерапия) имеют сомнительную результативность в современной клинической практике [5–9]. На сегодняшний день эндопротезирование – наиболее эффективный способ лечения данной группы пациентов в терминальных стадиях, который позволяет не только купировать болевой синдром, но и улучшить функциональность тазобедренного сустава [9, 10]. Для пациентов с терминальной стадией аваскулярного некроза головки бедренной кости тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава (ТЭТС) остается «золотым стандартом». Тем не менее, остаются такие проблемы, как потенциальная фрагментация керамики, соударение протеза, аномальные звуки при движении, вывихи, трудности и риск ревизии, ограниченный срок службы имплантатов [10] и осложнения хирургического вмешательства (инфекции и др.) [11–13]. В связи с этим актуальность вопроса о стимуля- ции регенерации головки бедренной кости при асептическом некрозе продолжает расти.

В сравнении с ТЭТС, терапия стволовыми клетками служит минимально инвазивным методом, который в большей степени сохраняет функцию сустава и облегчает послеоперационное восстановление, а также стимулирует регенерацию кости в некротических зонах [7–9, 27]. Важно отметить, что терапия стволовыми клетками не влияет на клинические результаты будущих ТЭТС; следовательно, этот метод может использоваться, как часть поэтапного лечения аваскулярного некроза головки бедренной кости [7–9, 27].

Использование МСК является одним из наиболее перспективных методов лечения [27]. МСК представляют собой гетерогенную популяцию мультипотентных клеток-предшественников с различным пролиферативным, дифференцировочным, иммунорегуляторным потенциалом, способных стимулировать колониеобразующие фибро- и остеобласты [27]. МСК являются одной из наиболее часто используемых подгрупп стволовых клеток и широко распространены в различных тканях, таких как костный мозг, периферическая кровь, жировая клетчатка, пуповина и др. [7].

Недавние исследования показали, что жировая ткань является одним из наиболее важных источников МСК [7]. Жировая ткань состоит из зрелых адипоцитов, фибробластов, мезенхимальных стволовых клеток жирового происхождения (AD-МСК), клеток иммунной системы и эндотелиальных клеток, которые сгруппированы в стромальную фракцию сосудов (SVF) [13]. Фактически, AD-МСК выделяют высокие уровни факторов роста и цитокинов, таких, как фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и фактор роста гепатоцитов (HGF), которые являются важнейшими молекулами для приживления липотрансфе-ралей и регенерации тканей [3, 4, 5, 17]. AD-МСК обладают большим потенциалом многолинейной дифференцировки и соответствующими регенеративными свойствами [18, 19, 20].

В последние годы все большее число клинических исследований оценивают терапевтический эффект МСК в лечении аваскулярного некроза головки бедренной кости. Большинство авторов продемонстрировали положительные клинические результаты [10–17], включая уменьшение боли, улучшение функции и движений, замедление прогрессирования или предотвращение тотального эндопротезирования.

Недавний метаанализ показал, что имплантация аутологичных МСК в CD-дорожку, особенно на ранних (доколлапсных) стадиях некроза головки бедренной кости, может улучшить их выживаемость и значительно отсрочить ТЭТС [21]. Другой анализ (включающий восемь рандомизированных контролируемых исследований) также продемонстрировал, что комбинация МСК с другими регенеративными методами обеспечивает значительное повышение качества жизни и выживаемости [9].

Многочисленные наблюдения подтвердили, что исход лечения АНГБК напрямую зависит от состояния пациента, стадии заболевания [14]. Houdek с соавт. в своем исследовании доказывает, что имплантация концентрата аспирата костного мозга (BMAC) не привела к какому-либо улучшению течения III стадии [23]. Таким образом, случаи III и IV стадий могут иметь неблагоприятные исходы, более подходящим выбором должны быть пациенты с ранней стадией (I или II стадия). Кроме того, Sen и соавт. [16] сообщили, что у пациентов с посттравматическим остеонекротическим поражением головки бедренной кости результаты были лучше, чем у пациентов с нетравматическим, что позволяет предположить, что этиология является еще одним фактором, влияющим на клинические результаты [16]. Стадия, размер, морфология и даже этиология АНГБК могут быть важными факторами, влияющими на исход лечения.

В исследованиях Hernigou P., Beaujean F. и соавт. [13] пациентов лечили инъекциями концентрата костного мозга и наблюдали в течение 60 месяцев, по результатам было выявлено, что лишь у 6,2 % (9 из 145 пациентов) заболевание прогрессировало и пациентам потребовалось ТЭТС. Gangji и соавт. [19] провели сравнительное исследование, в контрольной группе выполняли сердцевинную декомпрессию, в основной декомпрессию и имплантацию МСК костного мозга. В результате наблюдения было отмечено, что в основной группе лишь у 20 % пациентов прогрессировал АНГБК, в то время как в контрольной – у 50 % пациентов. Papakostidis и соавт. [22] в своем исследовании пришли к выводу, что использование остеобластов у их пациентов с АНГБК остановило прогрессирование остеонекроза и устранило необходимость протезирования у 70 % пациентов.

Таким образом, проведенные исследования указывают на то, что МСК могут регенерировать аваскулярные поражения, улучшить качество жизни большинства пациентов и отсрочить или нивелировать этап ТЭТС.

Показания к проведению терапии МСК жирового происхождения: дефекты гиалинового хряща (травма, локальная хондромаляция 1, 2, 3, 4 ст. по Outerbridge (1–4 ст.); рассекающий остеохондрит 1, 2, 2–3 ст. по Guhl (1-4 ст.); дегенеративные повреждения – остеоартроз 1, 2, 2-3 ст. по Келлгрену-Лорен-су (1–4 ст.); аваскулярный некроз 1, 2, 2–3 ст. по ARCO (0–4 ст.); совместное применение с артроскопическими техниками (дебридмент и микрофрактурирование, хондропластика, аутотрансплантация связок) [28].

Основные механизмы действия трансплантированных клеток описали Knight M.N., Hankenson K.D. [28], они включают в себя следующие этапы:

– дифференцировка в коммитированные клетки поврежденных тканей;

– паракринная регуляция морфофункциональной активности резидентных клеток за счет выделения факторов роста, оптимизирующих репаративный гистогенез;

– неспецифическая стимуляция регенеративных процессов за счет иммунной реакции организма на введение чужеродного белка.

Техника выполнения терапии МСК жирового происхождения:

• •    забор жировой ткани из соответствующей «донорской» зоны пациента (живот, талия, бедро);

• •    механическая обработка жировой ткани в центрифуге при 2500 об./мин – 4 мин;

• •    выделение жирового трансплантата;

• •    механическая обработка жирового трансплантата в центрифуге при 2500 об./мин. – 4 мин;

• •    приготовление раствора для введения.

Протокол оперативного вмешательства при введении МСК в область АНГБК.

Операция выполняется под местной анестезией области тазобедренного сустава. Положение пациента – на здоровом боку. После трехкратной обработки операционного поля раствором антисептика производят подкожную, а затем и внутрикожную инфильтрационную анестезию в проекции головки бедренной кости по наружной поверхности тазобедренного сустава до полного обезболивания. Вкол спицы Киршнера выполняют на уровне вершины большого вертела под углом 90о к поверхности кожи, затем угол меняют до 70–80о по отношению к коже, учитывая антеверсию шейки бедра на 20о. Просверливают отверстие в кости на глубину 1,5–2.0 см, затем иглу Дюфо проводят по ходу спицы Киршнера через все мягкие ткани до кости. Извлекают спицу Киршнера и по каналу иглы Дюфо вводят стромально-васкулярную фракцию, содержащую МСК жирового происхождения, через шприц. По окончании процедуры обеспечивают гемостаз и накладывают асептическую повязку.

Клиническое наблюдение 1.

Пациент П., 43 года, 04.02.2021 г. обратился к травматологу с жалобами на боль в проекции правого и левого тазобедренных суставов, усиливающуюся при физической нагрузке, ограничение движений в обоих суставах. На основании данных инструментальных методов исследования был поставлен диагноз: «Двусторонний коксартроз 2–3 ст. Асептический некроз головок бедренных костей».

Пациент ранее получал у травматолога по месту жительства амбулаторное консервативное лечение: медикаментозная терапия (применение сосудистых препаратов для уменьшения ишемических изменений в головке бедренной кости, нормализации реологических свойств крови, устранения микротромбозов), физиотерапия, лечебная гимнастика. В связи с отсутствием клинической эффективности в течение 17 месяцев консервативной терапии, пациенту было рекомендовано ТЭТС.

При МРТ тазобедренных суставов 20.09.2022 г. выявлена картина последствий асептического некроза головок бедренных костей (билатерально поздняя необратимая стадия) с явлениями умеренно выраженного дистрофического отека головок обеих бедренных костей. Билатеральный коксартроз 3 ст. Хронический синовит.

С 10.11.2022 г. по 16.11.2022 г. больной находился на стационарном лечении в ФГБУ «НМИЦ ТО им. Р.Р. Вредена», где 11.11.2022 г. выполнена операция – тотальное эндопротезирование левого тазобедренного сустава. Установлены пассивные импланты из немагнитных сплавов. Послеоперационный период протекал без особенностей.

С целью отсрочить тотальное эндопротезирование правого тазобедренного сустава на базе ГУЗ «Липецкая ГП № 2», с целью сохранения головки правой бедренной кости, пациенту была проведена процедура – введение в полость головки бедренной кости стромально-васкулярную фракцию, содержащую МСК жирового происхождения постандартной методике (описана выше). Пациенту было рекомендовано в течение первых 3–5 дней после процедуры обеспечить максимальный покой и соблюдать ортопедический режим (использование костылей). Оценка эффективности проводимого лечения по 10-балльной визуально-аналоговой шкале боли (ВАШ) – снижение болевого синдрома с 8 до 3 баллов уже через 2–3 дня после операции.

Период реабилитации сопровождался соблюдением двигательного режима. Рекомендации в послеоперационном периоде: с 1 по 4 недели ходьба с костылями, без нагрузки на ногу, с 8 нед. пациент перешел на трость. За указанный период восстановления проводилась оценка объема движений в суставе, наблюдалось увеличение объема активных движений в суставе. Однако МРТ исследование от 11.05.2023 г. показало отсутствие значимых отличий от аналогичного исследования до проведения операции (МР-картина аваскулярного остеонекроза грибовидно деформированной головки правой бедренной кости 4 ст. на фоне коксартроза 3 ст. по Kellgren, с наличием умеренно выраженного синовита).

Данный метод лечения позволил значительно отсрочить необходимость ТЭТС, был направлен на сохранение функциональных возможностей пациента, уменьшение риска длительной нетрудоспособности и инвалидизации. С 01.08.2023 г. по 08.08.2023 г. больной проходил стационарное лечение в ФГБУ «НМИЦ ТО им. Р.Р. Вредена». 03.08.2023 г. Выполнено эндопротезирование правого тазобедренного сустава. Послеоперационный период протекал без особенностей.

Клиническое наблюдение 2.

Пациентка Ф., 49 лет, обратилась к травматологу по поводу боли в тазобедренных суставах при нагрузке и в покое, выраженном ограничении движения в суставах при наклоне, ходьбе. Из опроса, сбора анамнеза заболевания, установлено, что боли беспокоили около 3 лет, при этом развитие заболевания не связывает с травмой. Проходила регулярное курсовое лечение у врача-терапевта, ревматолога по поводу остеоартроза тазобедренных суставов, получала физиотерапию в сочетании с медикаментозной терапией.

Сопутствующие заболевания: дегенеративно-дистрофическое заболевание позвоночника. Поясничный остеохондроз. Спон- дилез, спондилоартроз. Грыжи дисков L2–L3, L3–L4, стойкий болевой мышечно-тонический синдром. Диффузный остеопороз.

Примерно за месяц до обращения к травматологу боли в тазобедренных суставах стали носить постоянный характер. По данным МРТ-исследованияобоих тазобедренных суставов от 05.04.2023 г. имеются признаки прогрессирующего двустороннего коксартроза 2 ст. Энтезопатия трохантеров с проявлениями вертельного бурсита (больше справа), признаки дистрофических изменений крестцово-подвздошных сочленений, пояснично-крестцового отдела позвоночника на фоне нарушения статики и признаков диффузного остеопороза с ретролистезомL2позвонка, с полисегментарной протрузией дисковL2–S1. Спондилез. Спондилоартроз. Денситометрия поясницы Т кр. –1,6.

По результатам осмотра было выявлено наличие боли и ограничение движения в правом тазобедренном суставе, поясничном отделе позвоночника. Рентгенологически наблюдался деформирующий остеоартроз обоих тазобедренных суставов. На основании данных инструментальных методов исследования установлен диагноз: «Деформирующий остеоартроз обоих тазобедренных суставов 2 степени. Асептический некроз головки правой бедренной кости».

Назначенная консервативная терапия (анальгетики, НПВС, корстикостериоды, хондропротекторы) была неэффективна, боль в паху носила постоянный некупируемый характер.

С целью сохранения головки правой бедренной кости, остановки или замедления дегенеративных процессов, происходящих в поврежденном суставе, пациентке была проведена процедура туннелизации головки правой бедренной кости с введением стромально-васкулярной фракции, содержащей МСК жирового происхождения по стандартной методике (описана выше) в условиях операционной центра амбулаторной хирургии ГУЗ «Липецкая ГП № 2».

Оценка эффективности проводимого лечения по 10-балльной визуально-аналоговой шкале боли (ВАШ) – снижение болевого синдрома с 8 до 3 баллов уже через 1–2 дня после операции. В течение недели после терапии было выявлено достоверное улучшение по шкале ВАШ.

Назначенное лечение было продолжено с особым акцентом на разгрузку нижней конечности. В течение последующих 2–3 недель пациентка перемещалась при помощи костылей, без опоры на правую ногу.

Следующее контрольное исследование провели через 4 недели. Клиническая картина демонстрировала значительное купирование болевого синдрома в области тазобедренного сустава. Положительная клиническая картина стала основанием для разрешения дозированной нагрузки на нижнюю конечность с постепенным отказом от средств дополнительной опоры в течение 2–3 недель.

Лечение было продолжено, оно сопровождалось положительной динамикой течения заболевания, у пациентки восстановилась полная опора на нижнюю конечность через 2,5

месяца после начала лечения. К моменту начала нагрузки на нижнюю конечность было достигнуто значительное снижение болевого синдрома в области правого тазобедренного сустава. После консультации во ФГБУ «НМИЦ и ТО им. Н.Н. Приорова» принято решение не проводить ТЭТС.

Обсуждение

Применение стромально-васкулярной фракции, содержащей МСК жирового происхождения является эффективным методом лечения АНГБК у пациентов на ранней стадии данного заболевания, позволяющим купировать болевой синдром, восстановить функциональность нижней конечности и отсрочить на длительное время ТЭТС.

Следует отметить, что несмотря на необходимость выполнения ТЭТС у больных с запущенными стадиями АНГБК даже при применении терапии стромально-васкулярной фракцией, содержащей МСК жирового происхождения, субъективные ощущения пациентов после выполнения процедуры значительно улучшаются. Проведенная терапия позволяет не только снизить болевой синдром и повысить функциональность конечности, но и улучшить качество жизни. Кроме того, предложенная методика позволяет отсрочить необходимость выполнения ТЭТС, что крайне важно в условиях ожидания квот на лечение в федеральных центрах.

Основной проблемой терапии стволовыми клетками является судьба и потенциальная остеогенная активность МСК в ишемическом и гипоксическом микроокружении в очаге остеонекроза, где может происходить апоптоз костных клеток [23]. Сообщалось, что трансплантированные стволовые клетки демонстрируют низкую выживаемость в ишемизированных тканях [24]. Liu и соавт. продемонстрировали, что пролиферации, образованию колоний и остеогенной приверженности не препятствует микроокружение с низким содержанием O2 [27]. В ходе исследования клетки размножались и подвергались остеогенной дифференцировке в условиях 2 %-ной О2атмосфере (гипоксия), в отличие от их поведения в условиях стандартной 21 %-ной О2атмосферы (нормоксия). Также авторы обнаружили, что как пролиферация, так и колониеобразующая способность были значительно усилены у МСК, подвергшихся гипоксии. Экспрессия генов, связанных с костью, включая щелочную фосфатазу, коллаген I типа и остеокальцин, была значительно повышена в условиях гипоксии. Более того, отложение минералов после остеогенной индукции не замедлялось, а в некоторых случаях даже усиливалось при низком давлении кислорода. Эти данные свидетельствуют о том, что МСК могут выживать и поддерживать свою функцию в условиях гипоксического микроокружения, в условиях остеонекроза.

Следует отметить, что на сегодняшний день в исследованиях лечения пациентов с АНГБК используют несортированные МСК, которые могут состоять из различных субпопуляций клеток; этот фактор может быть одной из наиболее важных причин противоречивых результатов исследований. Таким образом, точный отбор субпопуляции может значительно повысить эффективность лечения, позволит не только отложить, но и не выполнять ТЭТС.

Заключение

В настоящее время эндопротезирование тазобедренного сустава является наиболее эффективным методом лечения пациентов с аваскулярным некрозом головки бедренной кости на терминальных стадиях. Однако, в связи с тем, что возраст большинства пациентов варьируется от 30 до 40 лет, а двустороннее поражение тазобедренных суставов наблюдается у 75 % пациентов, эндопротезирование обычно ассоциируется с высокой частотой неудач из-за ослабления протеза и чрезмерного износа полиэтиленовых вставок, а также хирургическими осложнениями, такими, как операционный стресс, перипротезная инфекция, перипротезный перелом и вывих протеза. Поэтому важно искать наиболее эффективные и безопасные методы лечения пациентов с аваскулярным некрозом головки бедренной кости.

В последние годы хорошо зарекомендовало себя в клинической практике применение стромально-васкулярной фракции, содержащей МСК жирового происхождения. МСК лучше всего подходят для ранней терапии АНГБК, как этапа консервативного лечения пациентов с целью улучшения результатов комплексного лечения и получения возможности стабилизации и регресса некротических изменений костной ткани. При наличии у пациентов запущенных стадий применение МСК позволяет снизить боль и повысить функциональность конечности, улучшить качество жизни, отсрочить необходимость выполнения ТЭТС.

Обширная исследовательская деятельность за последнее десятилетие изучила потенциал МСК и показала многообещающие результаты. Несмотря на существующие разногласия, представляется, что общие результаты применения МСК для лечения аваскулярного некроза головки бедренной кости положительны не только с точки зрения эффективности, но и безопасности. Однако для надёжной интерпретации результатов их нужно определять в динамике.