Введение к работе
Актуальность темы
В практической медицине, в том числе, в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии и травматологии, используются резорбируемые и биостабильные композиционные материалы для замещения костных дефектов после травмы, удаления опухолей, устранения врожденных и приобретенных дефектов костей лицевого скелета, в дентальной имплантологии, при лечении зубов (Воложин А.И. и соавт., 2000-2008; Григорьян А.С. и соавт., 2000,2003; Кулаков А.А. и соавт., 2007). Среди резорбируемых остеопластических материалов большое распространение получили композиты, состоящие из коллагена и синтетического минерала, гидроксиапатита и трикальцийфосфата. К ним относится серия материалов: Колапол, Гапкол и др., которые обладают высокой степенью биосовместимости, технологичны при изготовлении, имеют невысокую стоимость, обладают хорошими остеопластическими свойствами.
В механизме остеопластического действия этих материалов основная роль принадлежит их остеокондуктивным свойствам. Недостатком материалов является низкая способность инициировать построение костной ткани из-за отсутствия специфических стимуляторов-остеоиндукторов (морфогенетических протеинов и др.). Высокая скорость резорбции этих материалов не позволяет новообразованной костной ткани своевременно заполнять образовавшиеся пространства. В связи с этим продолжительность реабилитации пациентов после оперативного вмешательства отличается длительностью и, кроме того, повышается риск послеоперационных осложнений. С целью придания этим материалам свойств инициировать построение костной ткани в их состав вводят компоненты межклеточного матрикса: гиалуроновую кислоту, хондроитин-сульфат (И.С. Мальгинова, 2004), неколлагеновые костные белки и другие компоненты. Тем не менее, высокая скорость резорбции коллагенсодержащих остеопластических материалов является их существенным недостатком, который устраняется
\ \ 'Л
4 применением синтетических биорезорбируемых полимеров, в первую очередь, полилактида (ПЛ). Скорость его резорбции зависит от молекулярной массы и пористости: с их увеличением возрастает интенсивность биодеградации в тканях (Huang Н., Zhao Y., Liu Z., 2003; Tsuji H., 2003; Chosa N., Taira M., Saitoh S., 2004). Повысить остеопластическую эффективность применения пористого ПЛ возможно путем введения в его состав синтетического гидроксиапатита (ГАП), который усиливает остеокондуктивные свойства материала. Что касается остеостимулирующих свойств минералнаполненных пористых композитов на основе ПЛ, то с этой целью применяются современные клеточные технологии и в первую очередь, мезенхимальные стромальные клетки (МСК) костного мозга, нанесенные на поверхность композита. Эти клетки, дифференцированные в остеогенном направлении, продуцируют костные факторы роста и способствуют построению кости из собственных клеток-предшественников со стороны материнского ложа. Исследований в качестве имплантационного материала ПЛ с разной пористостью, содержащего ГАП с применением современных клеточных технологий применительно к стоматологии и челюстно-лицевой хирургии проведено не было, что послужило основанием для выполнения настоящей работы.
Цель исследования: изучить и обосновать на основании лабораторных и экспериментальных исследований остеопластических свойств плотных и пористых композиций полилактида наполненных синтетическим ГАП и с использованием МСК костного мозга эффективность их последующего применения в челюстно-лицевой хирургии.
Задачи исследования:
1. Разработать методику формирования слоя культивированных
костных клеток на поверхности остеопластического материала ПЛ из МСК костного мозга.
Сформировать слой МСК и культивированных костных клеток на поверхности остеопластического материала ПЛ.
Провести оценку адгезивных свойств и пролиферативной активности культивированных костных клеток на материале ПЛ.
Оценить жизнеспособность костных клеток в динамике их культивирования на поверхности остеопластического материала ПЛ, наполненного ГАП
В эксперименте на собаках определить скорость резорбции композита ПЛ с разной пористостью и наполненного ГАП в дефекте челюсти и трубчатой кости скелета.
Изучить особенности репаративных процессов в дефекте челюсти и трубчатой кости скелета при использовании имплантата из минералнаполненного ПЛ с различной пористостью.
Научная новизна
Впервые установлено, что «чистый» ПЛ и в композиции с ГАП не токсичен по отношению к фибробластам кожи и МСК и способен сохранять их жизнеспособность длительное время.
Впервые показано, что композит из ПЛ позволяет МСК прикрепляться к его поверхности, активно пролиферировать и не препятствует дифференцировки в остеогенном направлении при использовании основного фактора роста фибробластов и дексаметазона.
Впервые установлено, что введение в состав ПЛ мелкодисперсного ГАП увеличивает число прикрепившихся клеток к поверхности композита и остеогенный потенциал МСК, о чем свидетельствует существенное увеличение числа клеток, экспрессирующих щелочную фосфатазу, коллагена ] -го типа и формирующих остеогенные узелки.
Впервые установлена жизнеспособность костных клеток в динамике их культивирования на поверхности ПЛ, наполненного ГАП.
Показано, что в дефекте челюсти скорость резорбции композита ПЛ, наполненного ГАП с разной пористостью происходит медленней чем в плечевой кости.
Доказано, что оптимальные результаты по темпам замещения дефекта костным регенератом через 9 месяцев эксперимента при имплантации в костные дефекты пористого композиционного материала из ПЛ, наполненного ГАП наблюдаются при его плотности 0.38-^0.42, когда в регенерате формируется новообразованная губчатая костная ткань, проявляющая отчётливые тенденции к созреванию костного матрикса.
Практическая значимость
Для производства имплантатов из ПЛ однородно наполненных ГАП показано преимущество способа их получения непосредственно в среде сверхкритического диоксида углерода (ск-С02), при котором совмещаются процессы синтеза, экстракции токсичных примесей и формирования пористой структуры полимерных композитов в одном технологическом цикле и на одном оборудовании.
Введение в состав пористого ПЛ мелкокристаллического ГАП повышает способность композита, введенного в кости собаки, инициировать построение костной ткани. Заселение МСК поверхности имплантата из ПЛ, наполненного ГАП способствует прикреплению к их поверхности и остеогенной дифференцировке.
Для последующих клинических испытаний следует учитывать, что в костных дефектах угла нижней челюсти процесс замещения имплантатов из ПЛ, наполненного ГАП костной тканью происходит гораздо медленнее, чем в дефектах плечевой кости.
7 Научные положения, выносимые на защиту
Доказано отсутствие токсичности чистого и наполненного синтетическим ГАП ПЛ по отношению к фибробластам кожи и МСК костного мозга. Выявлена высокая способность этих клеток прикрепляться в поверхности композитов, пролиферировать и дифференцироваться в остеогенном направлении под влиянием основного фактора роста фибробластов и дексаметазона.
Установлено увеличение под влиянием ГАП в композиции с ПЛ остеогенного потенциала МСК, экспрессия клетками щелочной фосфатазы, коллагена 1-го типа и формирования остеогенных узелков после применения специфического митогенного фактора.
Установлено, что оптимальные темпы замещения дефекта костным регенератом к 9 месяцу эксперимента на собаках наблюдаются при имплантации в костные дефекты ПЛ, наполненного ГАП с плотностью композиции 0.38-^0.42. Формирование новообразованной губчатой костной ткани проявляет отчётливые тенденции созревания костного матрикса, и формирования на периферии дефекта пластинчатой кости.
Внедрение результатов исследования
Полученные данные используются в учебном процессе ФГУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Росмедтехнологий», на кафедре патофизиологии стоматологического факультета ГОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет Росздрава».
Апробация диссертации.
Материалы диссертации доложены на XI ежегодном научном форуме «Стоматология 2007» посвященном 45-летию ЦНИИС (Москва, 2007), на
8 третьей международной конференции «Болезни цивилизации в аспекте учения В.И.Вернадского» (Москва, 10-12 октября 2005) и др.
Диссертационная работа апробирована на совместном заседании сотрудников отделения экспериментальной имплантологии и отделений ФГУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Росмедтехнологий».
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 2 в центральной печати.
