диссертации / 33

al., 1996). Формирование костной ткани происходит редко, только в непосредственной близости к костным стенкам дефекта. ГА (гидроксиапатит)

может полностью или частично резорбироваться в процессе замещения костного повреждения в присутствии ГА при действиитканевых ферментов и биологических жидкостей. Вследствие имплантации ГА в полость кости результат определяется не только остеокондуктивными свойствами материала, но и возможностью собирать белки, индуцирующие остеогенез,

на своей поверхности (Григорьян А.С. и соавт., 2003; Леонтьев В.К., 2003).

В лечении дефектов кости костными заменителямиактуальныследующие полимеры: полиметилметакрилат

(ПММА) и полигидроксилэтилметакрилат (ПГЭМА), с

нанесеннымнерезорбируемым гидроксидом кальция. Этот материал считают

HTR-полимером (hardtissuereplacement - заместитель твердой ткани). Другие-

резорбируемая полимолочная кислота (PLA), глюконовая кислота. Часто ими могут быть резорбируемые барьерные мембраны для направленной регенерации тканей. Нет данных о 100% репарации костной ткани привнедрении HTR-полимера в дефекты кости, части HTR-полимера инкапсулированы соединительной тканью, редко обнаруживось образование костной ткани (Froum S.J. et al., 1996). Данные клинических испытаний иллюстрируют худшие результаты при применении HTR-полимера, чем без оного (Meadows C.L. et al., 1993). Отдельную часть полимерных материалов составляют нерезорбирующиеся барьерныемембраны, применяющиеся для направленной регенерации ткани.

Результаты данных в экспериментальной стоматологии показали ключевую роль эмалевых матричных протеинов (ЭМП) в развитии цемента,

пародонтальной связки и альвеолярной кости. Биологический принцип действия ЭМП основан на том, что они играют важную роль в цементогенезе и походят на процессы, происходящие при формировании пародонтальных тканей (Hammarstrom L. et al., 1997). Эмалевые матричные протеины

гидрофобны, и для применения им придают водорастворимые свойства,

41

синтезируя с носителем - пропиленгликольальгинатом (GestreliusS. et al., 1997; GestreliusS. et al., 1997; KawaseT. etal., 2000). ЭМП способствуют выходу аутогенных факторов роста из фибробластов связки пародонта

(Lyngstadaas S.P. et al., 2001). ЭМП обладают антимикробным эффектом,

вследствие чего отмечено снижение бактериальной адгезии вследствие их применения (Vander Paun M.T. et al., 2000; Sculean A. et al., 2001; Spahr A. et al., 2001; Arweiler N.B., 2002). Гистологические эксперименты подтверждают регенерацию кости при действииЭМП. С применением ЭМП заполнение дефектов было в 3 раза больше, чем без них (Sculean A. et al. 1999; Sculean A. et al., 2000; Pontoriero R. et al., 1999; Silvestri M. et al., 2000; Zuchelli G. et al., 2002).

Значительное клиническое распространение получили композиции коллагена с гидроксиапатом (Никитин А.А. и соавт., 1997). В пластической хирургии источниками получения коллагена являются ткани, насыщенные белком кость, сухожилия, перикард, кожа. Было определено, что имплантаты,

сформированные изколлагена, усиливаютваскуляризации близлежащих тканей, пролиферацию фибробластови, возможно, индуцируют вновьобразованную костную ткань с последующей ее перестройкой

(Панасюк А.Ф. и соавт., 2004). Преимуществом коллагена является его низкая токсичность и антигенность, значительная механическая прочность

(Панасюк А.Ф. и соавт., 2004).

Гистологические данные применения минерального ксеноимплантата,

комбинированного с коллагеномпоказали быструю регенерацию костной ткани (Nevins M.L. et al., 2003). В оперативной стоматологии отмечена значимость препаратов при замещении дефектов кости: для устранения перфорации дна верхнечелюстной пазухи, синуслифтинге, цистэктомии,

дентальной имплантации, а также они эффективно применяются при изготовлении комбинированных трансплантатов (Воложин А.И., 1999;

Модина Т.Н., 2005; Модина Т.Н. и соавт., 2004, 2005; Жусев А.И., 2003;

42

Труханов Е.Ф., 2003; Коротких Н.Г., 2004; Ушаков А.И., 2004; Дунаев М.В.,

2005).

Развивающимся направлением признаны изыскания с кальцийфосфатной керамикой: трикальцийфосфатом, сульфатированными гликозаминогликанами (ГАГ), хондроитин сульфатом, гидроксиапатитом и его композициями с коллагеном, а также с сульфатом и фосфатом кальция

(Леонтьев В.К. и соавт., 2003; HahnJ., 2003; Иорданишвили А.К., 2000;

Десятниченко К.С., 2006).Функция ГАГ в соединительной ткани связана в первую очередь с формированием эластиновых и коллагеновых волокон. Во многих цепях обмена соединительной ткани принимают участие ГАГ,

модулирует дифференцировку ее клеток (Панасюк А.Ф., 2000). Часто показатели соединительнотканной репарацией зависят от их качественных и количественных характеристики особенности действия с иными компонентами межклеточного матрикса. Это также актуально при репарации костей (Pieper J.S. et al., 2000).

Биосовместимость является отличительнымсвойством описываемых материалов с минерализованными тканями. В использованиине образуется соединительнотканной капсулы, а формируется связь с костной тканью «bone

- bonding» (Фарзин Н., 2004; Bifano C.A., 1998).

Актуальныимплантаты на основе костного коллагена из остеоиндуктивных материалов, наполненныеГАГ (Фарзин Н., 2004; Панасюк А.Ф. 2000, 2001, 2004). Пористо-ячеистая архитектоника коллагена кости определяет в дефекте и удержание формы своими упруго-эластическими качествами, наилучшийвариант для внедрения в имплантат соединительнотканных клеток, а также для формирования кости и развития сосудов (Панин А.М., 2003). По свойствам и составу актуальные биокомпозиты сходны и представляют собой деминерализованный или не деминерализованный коллаген кости, включающий сульфатированные ГАГ в различных формах выпуска, таких как блоки, крошка, полоски (Иванов С.Ю.,

43

2001; Панасюк А.Ф., 2001, Грудянов А.М., 2003; Сумлинский И.В., 2004;

Дмитриева Л.А., 2006).

Данные, полученные в ходе экспериментальных и клинических исследованийсвидетельствуют оптимальном остеоиндуктивном и остеокондуктивном эффекте биокомпозиционного материала (Грудянов А.М., 2003; Фарзин Н., 2004; Панин А.М., 2003; Панин А.М., 2003).

Достоинством материала из костного коллагена является индукция ангиогенеза, это свойство определяет его потенции в создании хороших условий для активного остеогенеза. Через3 месяца после оперативного применения материала костные дефекты активно заполнялись молодой костью (Аснина С.А., 2003, 2004; Иванов С.Ю., 2002).

Ряд авторов для направленной регенерации кости смешивали компоненты в различных пропорциях, учитывая хорошие свойства аутотрансплантатов и костнопластических материалов (Бенуа Ф., 2007).

Забор меньшего объема аутокости лучше переносится больными (Лосев Ф.Ф., 2007). В некоторых исследованиях показано, что для качественной регенерации кости количество используемого костно-пластического материала может достигать от 20% до 50% (Жарков А.В., 2007; Миргазизов А.М., 2007). Комбинации костно-пластического материала снижает резорбцию костного аутотрансплантата на 10% (Maiorana C. et al., 2007; Merli M. et al., 2007). Значение приобретает применение клеток предшественников.

Дифференцированные клетки в организме млекопитающих имеют ограниченный срок существования. Замещение клеток может осуществляться двояко: первый путь – дупликация: при делении из дифференцированных клеток формируются потомки идентичного генотипа и фенотипа; второй путь - замещение гибнущих дифференцированных клеток потомками недифференцированных ранних предшественников по механизму,

аналогичному клеточному генезу. Ткань - предпочтительный источник извлечения мезенхимальных стволовых клеток. Сеть стромальных клеток

44

(ССК) заполняет пространство между костью и капиллярами (Малайцев В.В.,

2002).

Для выращенных в культурах клеток осуществляется поиск носителей.

Таким носителем может являться ксенокость, обезжиренная и декальцинированная. Количество присоединяющихся клеток возрастает при лучшейстепени обработки ксенокости, и при условном анализе с натуральным костным минералом процент клеток выше для ее органической части (Hofman S., 1999). Для усиления остеогенеза необходима высокая начальная плотность стромальных предшественников в области трансплантации, введение суспензии малорезультативно (Панасюк А.Ф., 2004). Как носитель клеток используется керамика из синтетических материалов (Bruder S., 1998). Например, отечественные хирурги и стоматологи в качестве удобного носителя аллогенных клеток-фибробластов используют ГА, твердую мозговую оболочку, полимеры и биокомпозитные материалы (Иванов С.Ю., 2001; Панасюк А.Ф., 2004; Иванов С.Ю., 2002;

Лосев Ф.Ф., 2005; Фриденштейн А.Я., 1973; Холодов С.В., 2007).

Данные литературы говорят о нерешенности многих вопросовв области закрытия дефектов костей черепа. Этокасается выбора материала имплантанта и метода краниопластики, показанийдля проведения хирургического вмешательстваи его сроков. Проведены экспериментальные исследования по использованию ССК и их дифференцированных производных для терапии заболеваний и повреждений опорно-двигательного аппарата (Сухих Г.Т. и соавт., 2002; Денисов-Никольский Ю.И. и соавт., 2005). Хорошо влияютна восстановление клеточные культуры специализированной ткани в областиповреждений костей конечностей.

Показано, что трансплантированные в зону дефекта клетки способствуют формированию кости(Peterson L., 1997). Предложено использование ССК для лечения дефектов суставного хряща нетравматического и травматического генеза (Peterson L., 1997). При нанесении остеохондрального дефекта

культивированные клетки вносили в коллагеновом или желатиновом геле,

45

чтобы они заполняли объем дефекта (Bogan B.D. et al., 1999; Katsube К. et аl.

2000; Ponticiello M.S. et al., 2000). Все большее место в клинической практике занимают различные методы клеточной и тканевой терапии. Интерес представляет применение клеточных биотехнологий в программе терапиибольных травматолого-ортопедического профиля.

В условиях сложного повреждения костной ткани, множественных и сочетанных переломов, при формировании значительного дефекта может сохраняться недостаточно остеоцитов с остеогенными возможностями.

Биотехнологические подходы предполагают культивирование остеогенных клеток in vitro с дальнейшим помещением их в область дефекта (San J.S. et al., 1999).

Несколько хуже, чем ожидалось, по сравнению с экспериментами на животных, результаты трансплантации человеческих остеогенных клеток в клинике. Первый опыт применения в травматологии и ортопедии -

культивирование аутогенных клеток отечественными специалистами,

лечение осложнений переломов - ложных суставов и дефектов длинных костей конечностей. Были попытки поместить в зону несращения кости клетки-предшественники остеобластов при трансплантации костного мозга в межотломковую зону. Метод давал противоречивые результаты. На следующем этапе использовались культивированные клетки скелетогенной мезенхимы, взятые у плодов человека (Kuznetsov S.A., Robеy P.G., 2000;

Дорофеев Л.А., 1994).

Получен хороший результат в случае асептического некроза головки бедра пересаженной культуры стромальных клеток, что при дальнейшем развитии может стать альтернативой тотальному эндопротезированию тазобедренных суставов (Gangji V. et al., 2004, 2005).Однако некоторые исследователи (Сухих Г.Т. и соавт., 2002) считают, что местноеприменение культивированных стволовых стромальных клеток показано при локальных нарушениях консолидации костей; перспективно системное применение

таких клеток для терапии заболеваний скелета. В артрологической практике

46

выполнены медицинские манипуляции с культивированными предшественниками механоцитов. Описаны данные, полученные при лечении пациентов с повреждениями суставных поверхностей, входящих в состав коленного сустава. (Horas U. et al.. 2000; Peterson L., 1995; Robinson D. et al., 2000; Koulalis D. et al., 2002; Wakitani S., et al., 2002).

Осуществляется поиск трансплантантов с низким регенераторным потенциалом и для пластики дефектов костейчерепа. Моделью в эксперименте служили различные по диаметру дефекты костей свода черепа.

В зону повреждения вносили взвесь культивированных клеток (Саргсян А.Л., 1990). При этомхорошие результаты получены при трансплантации клеток в сочетании с порошком солей кальция (альгината кальция) (Shang Q. et al., 2001). Явным недостатком работ является отсутствие целостного гистологического анализа процесса репаративного остеогистогенеза,

отражения его динамики (Воронкина И.В., 2003).

Описано более 30 факторов роста, наиболее изучены из нихте, что способствуют регенерации тканей: 1) эндотелия сосудов (VEG F); 2)

тромбоцитопроизводный (PDG F); 3) трансформирующий (TGF-Р); 4) кислый и основной фибробластов (aFGF и bFGF); 5) инсулиноподобный типа I и II (IG F); 6) эпидермальный факторы роста (EG F). Значимы для репарации кости TGF-Р, представляющие собойгруппу протеинов, среди которых TGF-

Р1 и морфогенетические костные белки (BMPs) модулируют деление клеток,

производят интеграциюмалонизкодифференцированных клеток в остеобласты, повышают синтез внеклеточного матрикса костной ткани и ингибируют его деградацию, провоцируют иммуносупрессорный эффект

(Берченко Г.Н., 2009, 2010).

Помимо этогок биологически активным веществам относятся костные морфогенетические белки («РО-1», «ВМР-2», «ВМР-7», «rhOP-l», «GDF-5»).

Актуальнейшим направлением изысканий в сфере регенерации костных тканей являются разработка и использование материалов, включающих

костные морфогенетические протеины (КМП). Костные морфогенетические

47

белки (Bone morphogenic protein) – КМБ(BMP) - это димеры,

удерживающиеся критическим межмолекулярным дисульфидным сцеплением, димерная структура критична для индукции кости и гистиоморфогенеза, все мономерыполучаются в виде первичной молекулы,

включающейсвыше 400 аминокислот (Seeherman H., 2005, Wozney J.M., 1998, 2002).Мономер морфогенетического протеина кости, полученный в результате расщепления - это пептид из приблизительно 120 аминокислот.

Морфогенетическиекостныебелки являются плеотропными молекулами;

плеотропия – это свойство пептида или гена воздействовать черезмногоэтапный процессинг. Морфогенетические костные белки работают в три этапа параллельно с морфогенезом кости, эти этапы -

хемотаксис, пролиферация и дифференциация темпоральной хрящевой основы и продолжающейсяиндукции кости. КМБ относятся к группе цитокинов, принадлежащих к подклассу трансформирующих факторов роста.Показано, что они способны индуцировать рост ткани кости, то есть оказывать действие на дифференцировку и пролиферацию 4клеточных типов

- остеобластов, хондроцитов,остеокластов и хондробластов (Lee F.Y. et al.,

1998).Помимо того морфогенетические белки блокируют адипогенез и миогенез. Клетки стромы и остеобласты костного мозга экспрессируют рецепторы КМБ I и II типов, влияние КМБ в течение четырех недель минерализует матрикс, происходитусиление концентрации мРНК и активности щелочной фосфатазы. При этом КМБ размещены в коллагеновых волокнах кости, в остеогенном слое надкостницы.Условиемиспользования остеогенного фактора in vivo служит путь доставки к области назначения,

поскольку сохранность КМБ важна для наилучшей биологической активности. Поэтому костные морфогенетические протеинычасто соединяют с веществом, не выказывающим остеоиндуктивного действия самостоятельно. Роль матрикса, заключается в снижении проникновения протеинов или усиление популяцииклеток с дальнейшей их адгезией и

пролиферацией; матрикс при этом субстрат для роста и дифференцировки

48

клеток. Возможно, наилучший тип носителя соотносится санатомическиминюансами и зависимот структуры матрикса, куда пересаживается КМБ. Наиболее частые носители КМБ - коллагеновые материалы, деминерализованный костный матрикс, биодеградирующие синтетические полимеры.

КМП обладают остеоиндуктивным потенциалом, стимулируют дифференциацию мезенхимальных клеток в костеобразующие. Эффект от замещения трансплантата вновьобразованной костью определяется наличием биологически активных неколлагеновых белков, КМП, вызывающих превращение недифференцированных клеток с мезенхимальными потенциями в зрелые костные клетки (Сумароков Д.Д., 1991).

В нескольких гистологических экспериментах с успехом была показана репарация кости при применении КМП для устранения ее дефектов (JepsenS. etal., 2002). На данный момент эти разработки и использование КМП сложны по ряду объективных причин и в частности в связи с высокой ценой материала.

КМБ применен на человеческом организме M.R. Urist с соавторамив Лос-Анжелесе в практике Калифорнийского университета в 80-х годах впервые. Коллеги применили аутолизированную антигенэкстрагируемую аллогенную костную ткань (ААА), лиофилизированную и с неколлагеновыми белками и КМБ. Уровень КМБ в трансплантате был 10-15

мг на 1 г аллокости. На мышах при эктопической пересадке в мышцу показана остеоиндуктивная активность трансплантов (Gao Т., 1996).Urist

показал, что деминерализованный матрикс кости вызывает формирование новой кости при биохимической активизации костных протеинов (Urist M.R., 1965). Костные морфогенетические белки («Bоnе morphogenetic protein»

(BMP)), активно изучались в течение 40 лет.

Согласно современным изысканиям, КМБ актуальны при регенерации хряща и кости. Данные клиническихэкспериментовсвидетельствуют об их

эффективностив качестве стимулятора остеогенеза, по потенциалу

49

регенерации идентичного или более высокого, чемродная кость (Ristiniemi J.,

2007).

Итак, использование остеогенныхпротеинов актуально в терапии различной патологии кости у человека. В применении аутотрансплантатов кости рекомбинантные генномодифицированные формы КМБ, подтверждают полученные данные. Современные биомедицинские технологии предполагают применениеостеоиндукторов в виде рекомбинантных белков

(rhBMP), расположенных на носителях, которыми могут быть биологические,

минеральные, синтетические или биокомпозитные полимеры (Raghunath J.A.,

2009). Рекомбинантный костный морфогенентический белок-2 (рчКМБ-2)

человека -это остеоиндуктивный фактор, играющий ведущую роль в ситуации роста и регенерации кости. При ортотопической имплантации входе экспериментов показана высокая остеоиндуктивная активность,

достаточная для обеспечения сращения. E.A. Wang показал индукцию костеобразования, применяя в качестве носителя неактивный деминерализованный костный матрикс крыс. Для определенияспособности к остеоиндукции рчКМБ-2 при ортотопической имплантации A.W. Yasko

сделал сегментарные 5-миллиметровые изъяны в костях бедер 45 крыс. В

оперативное поле имплантировали 2 дозы (меньшую и большую)

лиофилизированного рчКМБ-2 (1,4 и 11,0 мкг) вместе с неактивным деминерализованным матриксом костной ткани крысы в качестве носителя.

Полученные данные сравнивали с показателями группы крыс, которым внедряли неактивный костный матрикс. Формирование кости и заживление изъянапроверялимеханически, рентгенологическии гистологически. На рентгенограммах были видны знаки костеобразования у крыс (с большей дозой на 7 день после оперативного вмешательства). Признаки срастания кости были выявлены уже на 3 неделе после оперативной травмы.Рентгенологически установлены на 9 неделе признаки консолидации между группой, которойвнедрили большое количество рчКМБ-2 и другими

группами животных. У крыс, получивших меньшую дозу, не ранее 3-4-ой

50