Введение к работе
Актуальность проблемы. В хирургии и хирургической стоматологии возникает необходимость поиска путей усиления построения полноценной в анатомическом и функциональном отношении репаративном регенерате костной ткани, что важно для пациентов со значительными по размеру дефектами, а так же имеющими нарушение обмена веществ, сахарный диабет и другие общесоматические заболевания. У таких пациентов необходимо применение новых технологий, позволяющих усилить репаративный процесс костной ткани (Воложин А.И., 2000; Amit M., 2000; Fleming J.E., 2000). К новым технологиям относится применение стволовых клеток, дифференцированных в остеогенном направлении. До настоящего времени основным источником получения стволовых клеток был костный мозг человека. Методы выделения, дифференцировки мезенхимальных клеток костного мозга, заселение ими поверхности носителей (металлы, пластмассы и др.) для внесения в костную рану, успешно разрабатываются (Ю.И. Денисов-Никольский и соавт., 2003; Т.Ю. Татаренко-Козьмина и соавт., 2005, А.И. Воложин и соавт., 2002-2006 и другие).
В последние годы, наряду с костным мозгом, как источник стволовых клеток, широкое распространение получила жировая ткань. Однако, перспектива применения аутологичных и аллогенных стволовых клеток, полученных из жировой ткани, остается малоизученным вопросом. Имеются разные мнения, не подкрепленные научными данными. Полностью отсутствуют сравнительные данные остеорегенераторной эффективности применения аутологичных и аллогенных стволовых клеток, выделенных из жировой ткани. Преимущества этих клеток заключаются в том, что они могут быть выделены в большом количестве с минимальными болезненными ощущениями для пациента. Вышеперечисленное свидетельствует о том, что жировая ткань и расположенные в ней популяции стволовых клеток могут быть альтернативой источника получения стволовых клеток для исследователей и клиницистов, в том числе челюстно-лицевых хирургов.
Изучение этого вопроса является актуальным для последующего использования данных клеточных технологий в клинической практике, в том числе в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, что послужило основанием для проведения экспериментального исследования.
Цель исследования – провести сравнительную оценку остеорегенераторного потенциала аллогенных и аутологичных стволовых клеток жировой ткани (СКЖТ) на экспериментальных моделях in vivo.
Задачи исследования:
-
Исследовать дифференцировочный потенциал СКЖТ in vitro.
-
Разработать биоинженерную конструкцию на основе губки ГАПКОЛ (ГАПКОЛ, «НПО ПОЛИСТОМ») для трансплантации СКЖТ в дефект костной ткани кролика.
-
Изучить в экспериментальной модели сквозного дефекта угла нижней челюсти кролика влияние аутологичных и аллогенных СКЖТ на процесс остеорепарации.
-
Исследовать влияние аутологичных и аллогенных СКЖТ на скорость процессов костеобразования в экспериментальной модели сквозного дефекта угла нижней челюсти кролика.
Научная новизна. Впервые, в сравнительном аспекте оценена эффективность применения аутологичных и аллогенных СКЖТ для оптимизации регенерации дефекта костной ткани нижней челюсти у кроликов. Разработанная биоинженерная конструкция на основе губки из коллагена с гидроксиаппатитом ГАПКОЛ (ГАПКОЛ, «НПО ПОЛИСТОМ») для трансплантации СКЖТ в дефект костной ткани позволила впервые установить, что индуцированные к остеогенной дифференцировке СКЖТ стимулируют репаративный остеогенез. Причем влияние клеток аутологичного происхождения выражено в большей степени, чем клеток аллогенного происхождения, что выражалось в большей скорости созревания костного матрикса.
Впервые, по данным морфометрического анализа установлено, что при закрытии дефекта костной ткани губкой ГАПКОЛ без нанесения СКЖТ регенерат представлен незрелой трабекулярной фиброзной тканью на всех сроках исследования (2 месяца, 4 месяца). При закрытии дефекта костной ткани губкой ГАПКОЛ с нанесением аллогенных клеток в костном матриксе регенерата доля пластинчатой и компактизирующейся костной ткани преобладает над долей фиброзного матрикса, уже начиная со 2-го месяца исследования. При закрытии дефекта костной ткани губкой ГАПКОЛ с нанесением аутологичных клеток во все сроки исследования (2 месяца, 4 месяца) регенерат представлен преимущественно трабекулярным типом строения, что свидетельствует об активном новообразовании костного вещества. Впервые установлено, что трансплантация стволовых клеток жировой ткани аллогенного происхождения не провоцирует развитие воспалительной реакции окружающих тканей на всех сроках экспериментального исследования.
Практическая значимость. Полученные результаты исследования показали, что жировая ткань является доступным источником стромальных клеток, способных дифференцироваться в различных направлениях. Стволовые клетки жировой ткани, дифференцируясь in vivo в остеогенном направлении, способны усиливать образование костной ткани, что представляет несомненный практический интерес для стимулирования заживления костных дефектов в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.
Для практического применения представляют ценность данные о разработанной биоинженерной конструкции на основе губки ГАПКОЛ с нанесенными на ее поверхность клетками аллогенного и аутологичного происхождения, стимулирующие репаративный остеогенез. Не выявлено отторжения трансплантата на гистологическом уровне при трансплантации конструкции с аллогенными клетками. Данные настоящего исследования подтверждают перспективу использования стволовых клеток жировой ткани для повышения эффективности остеорепаративных процессов в челюстно-лицевой области.
Основные положения, выносимые на защиту
Использование разработанной биоинженерной конструкции на основе губки из коллагена с гидроксиаппатитом ГАПКОЛ (ГАПКОЛ «НПО ПОЛИСТОМ») позволяет в сравнительном аспекте оценить стимулирующее влияние аутологичных и аллогенных стволовых клеток на репаративный остеогенез на экспериментальной модели угла нижней челюсти кролика.
Индуцированные к остеогенной дифференцировке аутологичные и аллогенные клетки имеют выраженное стимулирующее влияние на репаративный остеогенез, однако влияние аллогенных клеток выражено в меньшей степени, что выражается в меньшей скорости созревания костного матрикса.
Внедрение результатов исследования
Полученные данные используются в учебном процессе и дальнейшей научной работе на кафедре патофизиологии стоматологического факультета и на кафедре детской хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии МГМСУ, на теоретических занятиях со студентами и ординаторами, а также с курсантами, проходящими циклы усовершенствования на указанных кафедрах.
Личный вклад автора
Автором лично проведены эксперименты на кроликах: проведены операции по формированию полнокостных дефектов угла нижней челюсти с последующим закрытием губкой ГАПКОЛ без клеток (4 кролика), губкой ГАПКОЛ с аллогенными клетками (4 кролика), губкой ГАПКОЛ с аутологичными клетками (4 кролика). Проанализированы результаты микрофокусного рентгенографического исследования, сканирующей электронной микроскопии, морфологического и гистоморфометрического исследования челюстей кроликов через 2 и 4 месяца после проведенных операций.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены и обсуждены на Ежегодной Всероссийской научной конференции с международным участием «Стволовые клетки и перспектива их использования в здравоохранении», (2009 г.); на V Конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2008 г.); на III Всероссийской научно-практической конференции «Врожденная и наследственная патология головы, лица и шеи у детей: актуальные вопросы комплексного лечения» (Москва, 2009 г.).
Диссертация апробирована на межкафедральном совещании сотрудников кафедры детской хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии и кафедры патологической физиологии стоматологического факультета МГМСУ.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 7 публикации в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из глав: Введение, Обзор литературы, Материалы и методы исследования, Результаты собственных исследований, Заключение, Выводы и Практические рекомендации, Список литературы.
Работа изложена на 118 страницах, содержит 4 таблицы, 15 диаграмм, схем и рисунков. Библиографический указатель содержит 247 наименования: 26 отечественных и 221 зарубежных источников.
