Введение к работе
Актуальность: Применение методов и принципов реконструктивно-пластической хирургии
при опухолевых поражениях костей позволило расширить показания к органосохранняющим оперативным вмешательствам. В настоящее время для реконструкции костей используется несколько типов имплантатов, основные достоинства и недостатки которых сравнительно хорошо изучены и описаны. Так, в частности, применение костных аутотрансплантатов ("золотой стандарт") в ряде случаев ограничено размерами дефекта и необходимостью дополнительного оперативного вмешательства для его забора; применение костных аллотрансплантатов осложняется развитием аллергических реакций и реакций отторжения [Бранд Я.Б. 1984, Ковалев В.И. 2001]. Преимуществом применяемых кальций-фосфатных керамических аллотрансплантатов является высокая степень биосовместимости, а недостатком - низкая скорость биорезорбции и недостаточная прочность [Баринов СМ. 2006, Деев Р.В. 2006, Чиссов В.И. 2008]. Металлические имплантаты обеспечивают прочностные характеристики при реконструкции костной ткани, однако их сравнительно низкая биосовместимость заставляет исследователей в последние годы разрабатывать способы модификации или биологической активации их поверхности. Таким образом, несмотря на всю широту спектра имплантатов для костной пластики, на сегодняшний день ни один из них не отвечает всем требованиям современной реконструктивной хирургии.
Существующая ситуация делает актуальными разработки и поиск современных биосовместимых остеопластических материалов. Оптимальные материалы для реконструкции кости должны обладать целым комплексом свойств: остеоиндуктивностью, высокой скоростью резорбции, структурностью (степень пористости, размер пор, степень их взаимосвязи), необходимым микрорельефом поверхности (шероховатость и т.д.). Эти свойства обеспечивают адекватную адгезию клеток и последующую их экспансию, дифференцировку, а также васкуляризацию имплантата и его консолидацию с прилежащей костной тканью. В последние годы в качестве трансплантантов внимание исследователей все чаще привлекают материалы природного происхождения и, в частности, скелет натуральных кораллов (НК).
Уникальные механические свойства кораллов во многом определяются химическим составом (на 98% скелет НК представлен кальцитом - СаСОз, кристаллическая решетка - арагонит), развитой поверхностью и высокой степенью пористости. По предварительным результатам зарубежных экспериментальных исследований кораллы обладают остеоиндуктивными свойствами разной степени выраженности [Ma Q.2000, Terheyden Н. 2001, Knackstedt М.А. 2006], хотя детальные их исследования как остеозамещающего материала в литературе отсутствуют. Поэтому биологическая аттестация в экспериментах in vitro и in vivo и клиническая апробация скелета коралла Acropora cervicornis как остеозамещающего материала является перспективной и актуальной задачей.
Цель и задачи исследования: Медико-биологические испытания биоматериалов на основе скелета коралла Acropora cervicomis для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических операциях в онкологии у больных с доброкачественными (энхондрома, остеоид-остеома и т.д.) и опухолеподобными (аневризмальная киста, фиброзная дисплазия и т.д.) процессами. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи.
-
Оценить in vitro цитотоксичность и матриксные для клеток свойства спектра натуральных кораллов.
-
Исследовать in vivo биосовместимость натуральных кораллов в подкожном тесте у
мышей.
-
Оценить in vivo в динамике на мелких лабораторных животных способность натуральных кораллов восстанавливать костную ткань.
-
Разработать модель замещения кости натуральными кораллами у крупных лабораторных животных и оценить их остеозамещающие свойства.
-
Разработать протокол ограниченного клинического исследования натуральных кораллов как остеозамещающих материалов у больных с доброкачественными образованиями костной ткани.
-
Оценить результаты клинического исследования натуральных кораллов в динамике
наблюдения. Положения выносимые на защиту:
1. Все испытанные образцы натуральных кораллов не токсичны, обладают выраженными
матриксными, адгезивными и остеоиндуктивными свойствами для мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) in vitro, вызывая зкспрессию в этих клетках генов остеодифференцировки.
2. Натуральные кораллы семейства Acroporidae являются биосовместимыми. В качестве
иплантатов они ускоряют регенеративные процессы, инициируя органотипическое замещение дефектов путем периостального остеогенеза. Скорость биорезорбции этих материалов соответствует скорости неоостеогенеза.
3. В клинической группе сравнения первые признаки резорбции р-трикальцийфосфата
отмечаются через 8-12 месяцев; замещение костного дефекта идет медленно, в основном за счет разрастания соединительной ткани, что свидетельствует о низких остеоиндуктивных свойствах этих кальцийфосфатных материалов.
4. При динамическом наблюдении (к 18-24 месяцам) у всех пациентов основной группы
определяется практически полная резорбция натуральных кораллов (как вышедших в мягкие ткани, так и в зоне имплантации) сопоставимая со скоростью репарации кости и реконструкция костной ткани. Положительным свойством данных имплантатов является
отсутствие формирования вокруг них соединительнотканной капсулы, которая может
отграничивать имплантируемые материалы и снижать их остеопластические свойства.
Научная новизна: Впервые in vitro с помощью ПЦР-анализа доказаны остеоиндуктивные
потенции биоматериала на основе скелета НК: установлена экспрессия в ММСК,
культивируемых на коралловом матриксе, гена сиалопротеина, щелочная фосфатаза (ЩФ),
коллагена I типа и остеопонтина.
Проведено систематическое исследование морфологической организации,
химического и фазового состава скелета природных кораллов.
Впервые выявлены остеопластические свойства скелета натуральных кораллов вида
Acropora cervicomis - способность органотипически реконструировать костную ткань как у
мелких и крупных лабораторных животных, так и у больных с доброкачественными
образованиями костной ткани. Установлено соответствие скорости биорезорбции НК в
костном дефекте со скоростью остеогенеза.
Практическая значимость: На основании изучения пористости, прочностных
характеристик, химического состава скелета НК разных видов были выбраны наиболее
подходящие для доклинических медико-биологичских испытаний. Получены данные о
способности НК поддерживать пролиферацию фибробластов человека (ФЧ) и
остеодифференцировку ММСК in vitro, биосовместимости скелета НК, отсутствие у них
токсичности и способность к остеореконструкции у лабораторных животных с
органотипическим замещением коралловых имплантатов костной тканью.
е..
Положительные результаты ограниченных клинических испытаний НК у больных с доброкачественными образованиями костной ткани свидетельствуют о целесообразности расширения сферы применения НК в качестве имплантатов для реконструкции костной ткани при ее патологических состояниях различного генеза.
Внедрение результатов исследования в практику: Реконструкция костной ткани НК у пациентов с доброкачественными и опухоли подобными образованиями костей применяется в отделении онкологической ортопедии ФГУ МНИОИ им. П.А.Герцена Минздравсоцразвития.
Апробация диссертации: Апробация проведена на совместной научной конференции клинических и диагностических отделений МНИОИ им. П.А.Герцена 16 июня 2011г. Публикации: По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в центральной (рекомендованной ВАК РФ) печати. В указанных публикациях отражены основные фактические материалы и выводы диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены на Всероссийской научной конференции с международным участием «Нанотехнологии в онкологии» (г.Москва 2009г., 2010г.). Выступление на секции молодых ученых в рамках международной конференции «Нанотех 2009» удостоено диплома II степени.
Объем и структура диссертации: Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 4 глав собственных исследований, заключения, выводов и практических рекомендаций. Текстовая часть содержит 37 рисунков и 9 таблиц. Библиографический указатель включает 145 источников (66 отечественных и 79 зарубежных).
