Автореферат (Экспериментальное обоснование применения сложного биокомпозиционного материала с мезенхимальными стволовыми клетками для восстановления костных дефектов)

на правах рукописиСтамболиев Иван АтанасовЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯСЛОЖНОГО БИОКОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СМЕЗЕНХИМАЛЬНЫМИ СТВОЛОВЫМИ КЛЕТКАМИ ДЛЯВОССТАНОВЛЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ14.01.14 – стоматологияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата медицинских наукМосква – 20192Работа выполнена в ФГАОУ ВО Российский Университет Дружбы НародовМинобрнауки РоссииНаучный руководительчлен-корреспондент РАН,доктор медицинских наук, профессорИванов Сергей ЮрьевичОфициальные оппоненты:Панин Андрей Михайлович – доктор медицинских наук, профессор, ФГБОУ ВО«Московскийгосударственныймедико-стоматологическийуниверситетим.

А.И. Едвокимова» Минздрава России, кафедра хирургической стоматологии,заведующий кафедрой.Амхадова Малкан Абдрашидовна – доктор медицинских наук, доцент ГБУЗМО «Московский областной научно-исследовательский клинический институтим. М.Ф. Владимирского», факультет усовершенствования врачей, кафедрахирургической стоматологии и имплантологии, заведующая кафедрой.Ведущая организация:ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный медицинский университет»Минздрава РоссииЗащита диссертации состоится «»  2019 годав ___ часов назаседании диссертационного совета Д 208.040.14 при ФГАОУ ВО ПервыйМосковский государственный медицинский университет имени И.М.

СеченоваМинздрава России (Сеченовский Университет) по адресу: 119991, Москва, ул.Трубецкая, д. 8, стр. 2.С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБМ ФГАОУ ВО ПервыйМосковский государственный медицинский университет имени И.М. СеченоваМинздрава России (Сеченовский Университет) по адресу: 119034, Москва,Зубовский бульвар, д.37/1 и на сайте организации www.sechenov.ruАвтореферат разослан «___»_________Ученый секретарь диссертационного советакандидат медицинских наук2018 г.Дикопова Наталья Жоржевна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыРазработка новых биомедицинских методик для регенерации костной тканиостается актуальной проблемой в челюстно-лицевой хирургии, хирургическойстоматологии, травматологии, нейрохирургии.В России число больных с патологией челюстно-лицевой области и еесложность, особенно травматического происхождения, в настоящее время растет.Согласно данным Министерства Здравоохранения Российской Федерации,количество больных с травматическими повреждениями, отравлениями инекоторыми другими последствиями различных воздействий, составило в 2015году 13 млн.

299 тыс. 691 человек, в 2016 году – 13 млн. 086 тыс. 966 человек.Эти данные свидетельствуют о нарастающем количестве использованиякостнозамещающих материалов во всех областях реконструктивной медицины.Этоподчеркиваетактуальностьразработкиновогосложногобиокомпозиционного материала с мезенхимальными стволовыми клетками дляповышенияэффективностилеченияпациентовскостнымидефектами,возникающими в результате травм, атрофии, а также с врожденными дефектами.Цель исследования:Разработка технологии изготовления костных имплантатов на основегибридной полимерной конструкции из поли-3-оксибутирата и альгината,заселенным МСК для направленной костной регенерации с применением метода3D печати.Задачи исследования:1.

По данным литературы оценить возможность применения МСК длярегенерации костной ткани и выбрать группу синтетических полимерныхматериаловсостеокондуктивнымисвойствами,применяемыхдлякультивирования МСК.2. Разработать методику изготовления полимерных матриксов, обладающихостекондуктивными свойствами и тропных к МСК.43.

Оценить биосовместимость и скорость биодеградации разработанныхкомпозиций в эксперименте на животных.4. Исследоватьвлияниеразработанногоматериаланарегенерациюкритических костных дефектов в эксперименте на животных.Предмет и объект исследованияОбъектом исследования являлись 3D скаффолды, изготовленные из ПОБ вкомбинации с различными дополнительными компонентами – гидроксиапатитами,альгинатом натрия и мезенхимальными стволовыми клетками.Предмет исследования – регенерация критического костного дефекта сводачерепа крыс при имплантации с различными скаффолдами.Новизна исследованияНаучная новизна проекта состоит в исследовании влияния физикохимических и биологических свойств биоматериала скaффолда, изготовленного наоснове композита альгинатов и поли-3-оксиалканоатов, на процессы роста идифференцировки мезенхимальных стволовых клеток в модельных условиях invitro и на модели дефекта кости in vivo.

Впервые для экспериментальныхисследованийдифференцировкиМСК,культивируемыхнакомпозитныхскaффолдах, использована оригинальная технология контролируемого биосинтезаполиоксиалканоатов и альгинатов как инструмента для получения полимеров сзаданными физико-химическими и биологическими свойствами, что позволяетрегулировать свойства композитного биоматериала скaффолда в широкихпределах.

Впервые исследовано влияние физико-химических и биологическихсвойств скэффолдов из ПОА и/или альгинатов на привлечение, рост идифференцировкуэндогенныхМСК.Впервыеизученоизменениебиомеханических свойств МСК в процессе их дифференцировки при росте накомпозитных скaффолдах.Практическая значимостьРезультаты проведенной работы могут быть использованы для проведенияопытно-технологическихработ,направленныхнасозданиетехнологиипроизводства новых медицинских изделий и материалов, новых хирургических5технологий в челюстно-лицевой хирурии. На основании полученных результатови внедрения в практику новых разработок, ведется более эффективная защитаздоровьянаселениязабиофункциональностьюсчетисозданиявысокоймедицинскихизделийтерапевтическойсновойэффективностью.Разрабатываемые технологии являются уникальными и патентно-чистымиблагодаря высокой наукоемкости, что делает их высоко перспективными в частипатентоспособности и их лицензионных возможностей.

Создание новыхмедицинских изделий и комбинированных технологий их производства позволитпровести эффективное замещение традиционных медицинских изделий в самыхразличных областях медицины. Полученные результаты и разработанныеметодики ориентированы на широкое применение в медицинских учреждениях,использующихисследовательскихвысокотехнологическиеорганизацияхиметодылечения,фирмах-производителяхнаучно-современныхмедицинских изделий и будут конкурентоспособными на мировом рынке.Методология и методы исследованияВработеиспользованыследующиеметоды:гистологические(специфические методы окраски костной ткани, специальные методы подготовкикостных шлифов и приготовление гистологических препаратов); методыфлуоресцентной микроскопии, в том числе конфокальная микроскопия, 3Dмоделирование.Личный вклад автора в исследованиеАвтор лично провел экспериментальное исследование разработанногоостеопластического материала из поли-3-оксибутирата с гидроксиапатитом,заполненного альгинатом натрия и мезенхимальными стволовыми клетками.Принял участие в оценке результатов, полученных в ходе эксперимента.Прооперировано 92 животных (крысы), изготовлены и изучены полученные вэкспериментах гистологические препараты.Положения выносимые на защиту1.

Композитная полимерная конструкция для тканевой инженерии в видетрехмерного матрикса на основе поли-3-оксибутирата, заполненого альгинатным6гидрогелем, биосовместима с органами и тканями, обладает преимущественноостеокондуктивными, а при добавлении в конструкцию гидроксиапатита имезенхимальныхстволовыхклеток,остеокондуктивнымииостегеннымисвойствами.2. Разработана терапевтическая система для инженерии костной ткани наоснове трехмерного матрикса из композита ПОБ/ГА, заполненного альгинатнымгидрогелем,способнаяподдерживатьростМСКипозволяющаявосстановливать костные дефекты сложной формы.Степень достоверности и апробация работыАпробация работы проведена на научной конференции кафедры челюстнолицевой хирургии и хирургической стоматологии ФГАОУ ВО РУДН 22.06.2018 г.Результаты исследования докладывались и обсуждались на конференции «Sciencefor Health» (Москва, 2016 г.), на ХХХVIII Всероссийской научно-практическойконференции «СТОМАТОЛОГИЯ XXI ВЕКА» (Москва, 25-27 сентября 2017 г.),на Всероссийском молодежном форуме с международным участием «НеделяНауки-2017» (Ставрополь, 23-24 ноября 2017 г.), на Международном форуме«Биотехнология: состояние и перспективы развития.

Науки о жизни» (Москва,2018 г.).Внедрение результатов работы1. Разработана и получена трехмерная тканеинженерная конструкция наоснове полиоксибутирата, гидроксиапатита и альгината натрия, наполненнаямультипотентными стволовыми клетками для реконструкции костных дефектовсложной формы.2. Получено одобрение этического комитета на дальнейшее исследованиеразработанной терапевтической системы для инженерии костной ткани на основетрехмерного матрикса из композита ПОБ/ГА, заполненного альгинатнымгидрогелем и МСК в клинической практике.ПубликацииПо теме диссертационной работы опубликовано 6 научных статей, из них 3– в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК.7Соответствие диссертации паспорту научной специальностиДиссертация соответствует шифру и формуле специальности 14.01.14 –Стоматология.Стоматология–областьнауки,занимающаясяизучениемэтиологии, патогенеза основных стоматологических заболеваний (кариес зубов,заболевания пародонта и др.), разработкой методов их профилактики, диагностикии лечения.

Совершенствование методов профилактики, ранней диагностики исовременныхметодовлечениястоматологическихзаболеванийбудетспособствовать сохранению здоровья населения страны. Области исследованияп.4.Объем и структура работыРабота состоит из введения, обзора литературы, описания материалов иметодов исследования, изложения результатов экспериментального исследованийи их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций и спискалитературы.

Работа изложена на 127 страниц машинописного текста. В работеиспользовано 5 таблиц, 61 рисунок (из них 3 микрофотографии, 28 фотографий,30 гистограмм). Проанализировано 188 источников литературы, в том числе 44отечественных.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫМатериалы и методы исследованияВ данной работе описана тканеинженерная терапевтическая система длячелюстно-лицевой хирургии, которая была разработана нами на основе созданныхна прошлых этапах методах изготовления биокомпозитных скаффолдов и методавведения в них МСК.В работе были использованы следующие материалы: поли-3-оксибутират(ПОБ, М = 147 кДа), альгинат натрия (Сигма-Алдрич, Германия), трихлорметан(EKOS-1, Russia), карбонат аммония (Химмед, Россия), сахароза (Химмед,Россия), гидроксиапатит (Сигма-Алдрич, Германия), стрэнг из полилактида для3D печати методом послойного наплавления (температура плавления 200-255 °С,плотность 1,08-1,2 кг/м2), (Московский завод FDPlast, Россия).8Исследование включало три этапа.

На первом этапе проведена разработкаполимерного каркаса – матрикса из поли-3-оксибутирата (ПОБ и композитаПОБ/ГА), исследование его in vitro на цитотоксичность и способностьподдерживать рост клеток и in vivo на мягких тканях и бедренной кости крыс ипроверка на биосовместимость.