Оценка эффективности стерилизации аллогенных трансплантатов сухожилий сверхкритическим диоксидом углерода

Актуальность. Структурно-функциональные особенности ткани сухожилия человека создают определённые сложности при выборе адекватного способа консервирования трансплантатов на основе сухожилий. В процессе консервации необходимо сохранить механические и функциональные параметры сухожилий, а также обеспечить стерильность и биологическую безопасность трансплантата. Перспективными представляются методики, которые совмещают консервирование сухожилий при низких температурах и стерилизацию сверхкритическим диоксидом углерода.

Цель работы: определить оптимальные режимы стерилизации аллогенных трансплантатов сухожилий сверхкритическим диоксидом углерода.

Материалы и методы. В работе исследовали образцы аллогенных сухожилий, заготовленных от доноров тканей с соблюдением правил асептики и антисептики. После карантинизации и подтверждения отсутствия гемотрансмиссивных инфекций трансплантаты сухожилий разделили на три группы: в контрольной группе сухожилия не подвергали процедурам криоконсервирования и стерилизации, в двух опытных группах сухожилия обрабатывали криконсервантом - 10 % раствором диметилсульфоксида (ДМСО) и стерилизовали сверхкритическим диоксидом углерода с медленным сбросом газа (2-я группа) или с быстрым сбросом газа (3-я группа), продолжительность стерилизации в обеих группах варьировала от 1 до 12 часов. Токсичность трансплантатов оценивали в культуре мезенхимальных мультипотентных стромальных клеток человека (ММСК) на 3 и 7 сутки. Стерильность трансплантатов подтверждали на 7 и 14 сутки путём бактериологического посева на тиогликолевую среду и бульон Сабуро. Механические испытания проводили на машине LLOYD Instruments LR5K Plus со скоростью растяжения 5 мм/мин.

Результаты. Гистологический анализ показал, что в группе с медленной декомпрессией коллагеновые волокна сохраняли свою целостность и топографию и содержали лишь локальные незначительные разрывы, при всех сроках обработки трансплантаты сухожилий были стерильными и нетоксичными. Напротив, в группе с быстрой декомпрессией отмечалось выраженное повреждение коллагеновых волокон, наблюдался рост бактериальной и грибковой флоры при посеве. Для оценки механических характеристик использовали трансплантаты контрольной группы и группы, где стерилизацию сверхкритическим диоксидом углерода проводили с медленным сбросом газа в течение 1-12 часов. В консервированных сухожилиях жёсткость и предельное напряжение достоверно не отличались от аналогичных значений в контроле (р > 0,05), напротив, уровень предельной деформации во всех экспериментальных образцах был достоверно снижен в 1,5-2,1 раза по сравнению с контролем. Модуль Юнга и нагрузка при разрыве в контроле и при стерилизации сухожилий в течение 1 часа имели сходные значения, тогда как при стерилизации от 3 до 12 часов эти параметры были в 1,4-2,1 раза снижены по сравнению с исходными сухожилиями (р < 0,05).

Выводы. Предложенная методика консервирования сухожилий с использованием ДМСО и стерилизации сверхкритическим диоксидом углерода позволяет получить стерильные и нетоксичные трансплантаты. Структура клеток и волокон консервированных сухожилий не претерпевает значительных нарушений. Для стерилизации сверхкритическим диоксидом углерода трансплантатов сухожилий наиболее оптимальное время обработки составляет 1 час.

1. Воробьев К. А., Божкова С. А., Тихи лов Р.М., Черный А.Ж. Современные способы обработки и стерилизации аллогенных костных тканей (обзор литературы). Травматология и ортопедия России. 2017;23(3):134-147. https://doi.Org/10.21823/2311-2905-2017-23-3-134-147

2. Wang S, Wang Y, Song L, Chen J, Ma Y, Chen Y, et al. Decellularized tendon as a prospective scaffold for tendon repair. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;77:1290-1301. PMID: 28532007 https://doi.Org/10.1016/j.msec.2017.03.279

3. Liu W, Wang B, Cao Y. Engineered Tendon Repair and Regeneration. In: Gomes ME, Reis RL, Rodrigues M.T. (eds.) Tendon Regeneration: Understanding Tissue Physiology and Development to Engineer Functional Substitutes. Academic Press. 2015;14:381-412. https://doi.Org/10.1016/b978-0-12-801590-2.00014-4

4. Зорников Д.Л., Литусов H.B., Новоселов A.B. Иммунопатология. Екатеринбург: Изд-во УГМУ; 2017.

5. Gokler DJ, Farago D, Szebenyi G, Kiss RM, Pap K. The effect of sterilization and storage on the viscoelastic properties of human tendon allografts. J Biomech. 2021 ;127:110697. PMID: 34419827. https://doi.Org/10.1016/j.jbiomech.2021.110697

6. Baldini T, Caperton K, Hawkins M, McCarty E. Effect of a novel sterilization method on biomechanical properties of soft tissue allografts. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2016;24(12):3971-3975. PMID: 25100489. https://doi.org/10.1007/s00167-014-3221-0

7. Макаров M.C., Сторожева M.B., Боровкова H.B. Значение автофлюоресценции коллагеновых волокон для оценки биологических свойств тканевых трансплантатов. Современные технологии в медицине. 2017;9(2):83-90. https://doi.Org/10.17691/stm2017.9.2.10

8. Костяев A.A., Мартусевич A.K., Андреев A.A. Токсичность криопротекторов и криоконсервантов на их основе для компонентов крови и костного мозга (обзорная статья). Научное обозрение. Медицинские науки. 2016;(6):54-74.