16 сентября 2006 11:00 |
Пути повышения активности, стимулирующей репаративный остеогенез, у материалов, имплантируемых в костный дефект
Остеопластические материалы, представляющие собой композиции ортофосфатов кальция, коллагена, гетерополисахаридов и других биополимеров, широко используются в стоматологии, челюстно-лицевой и восстановительной хирургии путем их имплантации в костный дефект. В траматологии и ортопедии они составляют все более серьезную альтернативу дистракционному остеосинтезу при возмещении дефектов трубчатых костей. В соответствии с этим рынок практически ежегодно озвучивает новые названия материалов, индуцирующих костеобразование, что создает определенные трудности у практикующего врача при их выборе.
Между тем, еще в 1975 Fram сформулировал важнейшие свойства, которыми должны обладать остепластические материалы, предназначенные для имплантации в костный дефект:
1) хорошая переносимость тканями и отсутствие нежелательных реакций;
2) биодеградация — во избежание ослабления или инфицирования материала после образования кости;
3) пористость — обеспечивает прорастание кости;
4) возможность стерилизации без изменения качеств;
5) доступность и низкая цена. Если к этому перечню добавить еще остеоиндуктивность – способность возбуждать остеогенез – получится почти исчерпывающий список условий, которыми руководствуется современное медицинское материаловедение в области конструирования ткане-нженерных систем, потенцирующих репаративный остеогенез.
Первым двум условиям наиболее полно соответствуют композиционные материалы, содержащие перечисленные выше соединения, являющиеся естественными составляющими костной ткани. Следующие 3 — более или менее просто решаются технологическими приемами. Проблема повышения остеорепаративной активности материалов для имплантации достигается путем увеличения их остеоиндуктивных свойств. На основании ранее выполненных нами работ, мы полагаем, что в этом отношении перспективно включение в композиции остеопластических материалов рострегулирующих факторов (КРФ), депонируемых в минеральной фазе и органическом костном матриксе.
Способность деминерализованного костного матрикса к ускорению регенерации кости (к тому, что в настоящее время называют остеоиндукцией) была обнаружена Senn в 1889 году. Однако потребовалось почти 100 лет, чтобы выделить из костной ткани фактор белковой природы, ответственный за остеогенную активность, названный костным морфогенетическим белком. Как показали последующие работы ряда исследователей в России и за рубежом, скелетная ткань является источником целого ряда полипептидов, модулирующих функциональную активность клеток костной ткани, то есть являющихся КРФ. Они могут выступать как системные агенты и действовать через ауто/паракринные механизмы. Помимо способности регулировать способности остеогенных клеток к пролиферации, дифференцировке и экспрессии тканеспецифических белков, у КРФ были обнаружены и другие свойства, важные при конструировании остепластических материалов: способность прочно связываться с минералом и коллагеном кости и привлекать полипотентные клетки, способные дифференцироваться в остеогенные, в костный дефект
заполненный материалом их содержащим.
 |
В ЗАО «НПО «ПОЛИСТОМ» в течение 6 последних лет проводится работа по конструированию остеопластических материалов нового поколения, содержащие КРФ в композициях с ранее созданными материалами: ГИДРОКСИАПОЛ, КОЛАПОЛ, ГАПКОЛ и др. В настоящем сообщении мы приводим 2 примера, иллюстрирующих возможности новых материалов, получивших рабочее название ИНДОСТ.
Биотестирование остеоиндуцирующих материалов проводили на крысах, которым при соблюдении правил асептики и обезболивания малооборостистой дрелью с зубоврачебным бором создавали дырчатый дефект диаметром 2,5 мм в области дистального эпифиза бедренной кости. Дефект заполняли материалом ИНДОСТ-гранулы, смоченным 0,15М раствором NaCl (опыт) или гранулы ГИДРОКСИАПОЛ ГАП-99
г без композиции НБК (контроль). Животных выводили из эксперимента в сроки 14, 30 и 75 сут после операции. Препарировали оперированный фрагмент конечности и готовили гистологические препараты, окрашиваемые гематоксилином и эозином, пикро-сириусом, по Ван Гизон и реактивом Шиффа*.
 |
Во всех случаях имплантации в дырчатый дефект кости опытных и контрольных материалов развивалась типичная гистологическая картина: Заполнение дефекта происходило за счет фиброзного (опыт) или фиброзно-хондроидного (контроль) пролиферата, по периферии которого постепенно формировались молодые костные балки, количество которых на 15−е сутки после операции при морфометрическом анализе достоверно выше в опыте.
 |
| Рис. 1. Регенерат в дырчатом дефекте бедренной кости крысы через 75 суток имплантации материала |
В нем, дифференцирующиеся путем энхондрального остеогенеза, отмечается вариабельность тинкториальных свойств – свидетельство адаптивного ремоделирования структуры костного регенерата (рис.2).
 |
| Рис. 2. Регенерат в дырчатом дефекте бедренной кости крысы через 75 суток имплантации материала ГИДРОКСИАПОЛ |
По данным сравнительного морфологического исследования возмещения дефекта трубчатой кости в условиях описанной модели воспроизведена типичная динамика репаративного остеогенеза в месте имплантации материала, обладающего остеоиндуцирующими свойствами. Однако, морфофункциональные признаки его имели характерные особенности в группе «контроль» и «опыт».
В контроле к окончанию первой недели после операции в зоне вмешательства отмечается наличие элементов смешанного тромба, просвет костно-мозгового канала заполнен рыхлой соединительной тканью. Среди волокон соединительной ткани наблюдается значительное количество тонкостенных сосудов с большим просветом. В клеточных популяциях появляются макрофагальные и лимфоидные клетки. В диастазе между отломками отмечена организация гематомы, пролиферация грануляционной ткани, клеточная инфильтрация лимфоцитами и плазматическими клетками костного мозга. Концы отломков подвержены выраженным реактивным преобразованиям – в их составе преобладают юные изоформы коллагена, тинкториальные свойства неоднородны, наличествует большое количество резорбционных лакун.
В опыте уже к концу 7−х сут в рыхлой соединительной ткани, заполняющей межотломковое пространство, появляется сеть слабоминерализованных костных балок. Среди фибробластических элементов обнаружены макрофаги и лимфоидные клетки.
К концу 2−ой недели в контрольной группе диастаз между отломками заполнен грубоволокнистой соединительной тканью, в которой отмечены очаги хондроидного пролиферата, дающие выраженную ШИК-реакцию, а их края подвергаются активной перестройке. В этот период на концах отломков отмечено наличие сети незрелых костных балок, плотной грубоволокнистой соединительной ткани со значительными участками хрящевой. Обнаружена также объемная периостальная мозоль, имеющая фиброзно-хондроидную структуру.
В опытной группе в этот срок выявлены незрелые, декомпозиционные костные балки, начинающие формировать интермедиарную мозоль. В зоне регенерации между образующимися костными балками выявляются остеобласты, а также остеокласты.
Отмечено увеличение числа расширенных сосудов, что свидетельствует об адаптивном ремоделировании микроархитектоники костного вещества. Диастаз перекрывается выраженной периостальной мозолью с развитой сетью костных трабекул с очагами хондроида, тогда как регенерат в межотломковой щели состоит из более зрелых костных структур.
 |
| Рис 3. Регенерат в диафизарном дефекте большеберцовой кости крысы через 60 суток после имплантации |
На 60−й день после создания дефекта кости в контрольной группе установлено, что на основе хрящевой и грубоволокнистой соединительной ткани, заполняющей дефект кости, выявлены процессы интенсивного остеогенеза – появление сети довольно зрелых костных балок, расположенных на концах отломков по периостальной и эндостальной поверхностям кортикальной пластинки. Диастаз полностью выполнен костными балками различной степени морфологической зрелости, среди которых присутствуют участки волокнистой и хрящевой ткани. Консолидация отломков происходит на основе объемной костно-фиброзно-хрящевой превентивной мозоли (рис.3).
В тот же срок после вмешательства в опыте отломки прочн
о фиксированы зрелой костной тканью, периостальная мозоль практически отсутствует. Регенерат содержит коллаген, гетерогенный по степени морфологической зрелости и ориентационной упорядоченности, что свидетельствует о завершении процессов репаративного остеогенеза (рис.4).
 |
| Рис.4. Регенерат в диафизарном дефекте большеберцовой кости крысы через 60 суток после имплантации |
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что все 4 препарата отличают выраженные остеоиндуктивные свойства, в то время как, по имеющимся данным, дырчатый и диафизарный дефекты, аналогичные использованным нами, замещаются только фиброзной тканью. Однако более выраженные остеоиндуктивные свойства проявляются в композициях при добавлении к ним костных неколлагеновых белков, содержащих набор полипептидных факторов, воздействующих на пролиферацию, дифференцировку и экспрессию клеток.
Несколько положений представляются наиболее важными для проявлении этих свойств:
- механическое заполнение образовавшегося костного дефекта – создание каркаса для формирования грануляционной ткани;
- привлечение из микроциркуляторного русла стволовых клеток мезенхимального происхождения;
- введение в зону остеорепарации химических факторов, стимулирующих пролиферацию стволовых клеток, их дифференцировку в остеогенные и экспрессию последними внеклеточного матрикса, инициирующего минерализацию;
- при наличии в составе имплантата факторов, стимулирующих ангиогенез, воздействие на трофику в очаге остеорепарации.
* Гистологические исследования выполнены на кафедре анатомии МГА ВМ и БТ им К.И.Скрябина (зав. д.б.н., проф., з.д.н. Н.А.Слесаренко)
Литература
- Boyne P.J. Studies of the surgial application of osteoconductive and osteoinductive materials // Tissue engineerig: application in maxillofacial surgery and periodontics (edd. S.E.Lynch, R.G.Genco, R.E.Marx). – Quintessence Publishing Co, Inc. — 1999. – P.125−130.
- Воложин А.И., Курдюмов С.Г., Орловский В.П. и др. Создание нового поколения биосовместимых материалов на основе фосфатов кальция для широкого применения в медицинской практике // Технология живых систем. – 2004. – Т.1. — №1. – С.41−56.
- Frame J.W. Porous calcium sulfate dihydrate as a biodegradable implant in bone // J. Dent. — 1975. — Vol. 3, — P. 177−187.
- Senn (1889) – цит. по Щепеткин И.А. Полипептидные факторы роста остеогенеза // Успехи совр. биол. – 1994. – Т.114. – Вып.4. – С.454−466.
- Urist M.R., Miculski A., Lutz A. Solubilized and insolubilized bone morphogenetic protein // Proc.Natl.Acad.Sci.USA. – 1979. – V.76. – P.1828−1832.
- Илизаров Г.А., Десятниченко К.С., Балдин Ю.П., Изотова С.П. Молекулярные аспекты активирующего влияния на остеогенез дистракционного остеосинтеза // Проблемы чрескостного остеосинтеза в ортопедии и травматологии. – Курган. – 1982. – С.103−110.
- Canalis E. Local bone growth factors // Calcif. Tiss. Int. – 1984. – Vol.101. – No 6. – P.632−634.
- Fincelman R.D. Growth factors in bones and teeth // CDA J. – 1992 – Vol. 20. – No 12. – P.23−29.
- Десятниченко К.С. Дистракционный остеогенез с точки зрения биохимии и патофизиологии // Гений ортопедии. – 1998. — №4. – С.120−126.
- Mc Carthny T.L., Centrella M. Links among growth factors, hormones, and nuclear factors with essential roles in bone formation // Crit. Rev. Oral Med. – 2000. – V.11. – No 4. – P.409−422.
- Десятниченко К.С., Балдин Ю.П.
Физико-химические свойства неколлагеновых белков органического матрикса костной ткани // Тез. докл. V cъездатравматол.-ортопед. Закавказья. – 1984. – С.153−155. - Десятниченко К.С., Ковинька М.А., Талашева И.А. О перспективах применения остеоиндуцирующих материалов для возмещения дефектов костей // Новые технологии в медицине: Матер. конф. c междунар. участием. – Курган, 19.09.2000 г. – Курган. – 2000. – Ч.1. — С. 75−76.
На выставке «Дентал-Экспо — 2006» (стенд А. 18. 3) посетители смогут ознакомиться не только с перечисленными выше материалами, но и с новинками фирмы.
Закрытое акционерное общество «ПОЛИСТОМ»
Москва, 107023, ул. Б. Семеновская, 40,
тел./факс: (495) 737−6892
тел.: (495) 369−9817
Смотри также
18 сентября 2006 | 14:09
Зубы из пробирки. Часть I
Зуб человека устроен гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Если специалисты в области тканевой инженерии сумеют сконструировать полноценные зубы для замены утраченных, то в дальнейшем удастся добиться успехов и в регенерации более крупных органов.
13 сентября 2006 | 12:09
Дисфункция височно-нижнечелюстных суставов
Височно-нижнечелюстные суставы (ВНЧС) – единственные парные суставы в человеческом организме, в норме правый и левый суставы должны всегда совершать симметричные движения.
09 сентября 2006 | 10:09
Томограф 3D Accuitomo (FPD) – начало новой эры трехмерной цифровой рентгенологии
Создание японской компанией J.Morito томографа 3D Accuitomo (FPD) стало началом новой эры трехмерной цифровой рентгенологии. Благодаря свои характеристикам, томограф позволяет получить отличные изображения твердых и мягких тканей в трехмерном измерении – настоящий подарок стоматологам.
08 сентября 2006 | 10:09
Компьютерный томограф 3D Accuitomo: новое измерение
Когда-то компьютерные томографы использовались лишь для сканирования мозга, а сейчас они применяются для исследования практически любых участков тела, в том числе и в стоматологической практике. Но и среди компьютерных томографов есть свои лидеры.
07 сентября 2006 | 13:09
Комплексное лечение зубочелюстных аномалий, возникших на фоне миофункциональных нарушений с использованием системы ортодонтической коррекции «МИОБРЕЙС».
Актуальность метода ортодонтической коррекции без брекетов с использованием подбираемых индивидуально по размеру эластопозиционеров очевидна. Такие проблемы, как резорбция корней, декальцификация зубной эмали, рецессия десневого края, гингивиты и другие осложнения, возникающие при лечении на несъёмной аппаратуре, к сожалению, хорошо знакомы ортодонтам. С другой стороны, хроническое ротовое дыхание, реверсивное глотание, а также вредные миопривычки часто приводят к сужению зубных дуг и делают результаты дорогостоящего ортодонтического лечения нестабильными. Вот почему столь актуально появление аппаратов, позволяющих совместить механическое расширение зубных рядов с миофункциональной коррекцией - системы силиконовых эластопозиционеров “Миобрэйс» со встроенным упругим каркасом для суженных зубных дуг.
