Диссертация (Особенности изменений микроциркуляции при субкутанной имплантации скаффолдов на основе поликапролактона и гидроксиапатита), страница 5

et al., 2013). На 3-м этапе, послеформирования первичной мозоли, также происходит активация процессаэнхондрального окостенения, который заключается в формировании костнойткани между костными отломками (Marsell R. et al., 2011). Связь междурегенерацией костной ткани и развитием костей стала еще более отчетливойвследствие недавнего исследования роли Wnt-белкового семейства, которое имеетбольшое значение как в эмбриогенезе, так и при репаративной регенерациикостной ткани.

Wnt-белки предположительно обеспечивают дифференцировкуплюрипотентных МСК в остеобластые линии, а на более поздних стадияхразвития регулируют формирование остеобластов костной ткани. Активацияэнходрального окостенения в мягкой мозоли сопровождается гипертрофиейхондроцитов и накоплением минеральных веществ во внеклеточном матриксе, тоестьомелениемхряща.Каскадрегуляторныхреакцийприрезорбции24минерализованных хрящей организован главным образом макрофагальнымколониестимулирующим фактором (M-CSF), рецептором активатора ядерногофактора каппа B-лиганда (RANKL), остеопротегерином (ОПГ) и ФНО-α.

В ходеэтого процесса M-CSF, RANKL и ОПГ предположительно также принимаютучастие в образовании и дифференцировке костной ткани. ФНО-α инициируетапоптоз хондроцитов и вместе с тем способствует миграции МСК с остеогеннымпотенциалом (Oryan A. et al., 2011; 2012; 2013) Механизм кальцификациизаключается в аккумуляции в условиях пониженного содержания кислородамитохондриями хондроцитов гранул, которые содержат кальций. Затем изцитоплазмы разрушенных хондроцитов гранулы, содержащие ионы кальция,транспортируются во внеклеточный матрикс, где при взаимодействии с фосфатомобразуются гомогенные кристаллы апатита, выпадающие в осадок.

При этомэнхондральный путь заживления переломов включает в себя не только апоптозхондроцитов хрящевой такни, миграцию, пролиферацию и дифференцировкуостеогенных клеток, но и активацию ангиогенных путей, что необходимо дляформирования кровеносных сосудов и обеспечения оптимальной трофикикостной ткани (Moshiri A. et al., 2013).Процесс регенерации завершает 4-й этап – стадия ремоделирования, вкоторую образованная костная ткань продолжает перестраиваться до тех пор,пока не восстанавливается механическая, прочностная и высоко организованнаяструктура кости (Штейнле А.В., 2009; Третьяков А. А. и соавт., 2012). Процессремоделированияосуществляетсяприподдержаниибалансарезорбцииостеокластами твердой костной мозоли и пластинчатым осаждением костиостеобластами.

Хотя этот процесс начинается уже через 3–4 недели вэксперименте на животных, у человека ремоделирование может продолжатьсягодами до достижения полной регенерации костных структур.Костная ткань обладает значительной способностью к репаративнойрегенерации после перелома, однако это самовосстановление может бытьзатруднено, замедленно или отсутствовать вовсе, например при обширномразмере дефекта, который требует платформу для регенерации (Hutmacher D.W.,252000).

Количество несросшихся переломов и сформировавшихся ложныхсуставов длинных костей, которые потребуют ревизии зоны перелома споследующей пластикой костных дефектов, достигает, по данным ряда авторов,до27%(ТашпулатовА.Г.исоавт.,2010;ЦяоГ.исоавт.,2014).Доброкачественные образования костей, такие как костные кисты, обращают насебя особое внимание, поскольку чаще проявляются в детском и подростковомвозрасте, занимая в структуре детских заболеваний костной системы от 15 до 25%и 55–58% от всех доброкачественных образований (Герасимов Д.В. и соавт.,2012).

В результате лечения костных кист количество неудовлетворительныхрезультатов по литературным данным достигает до 20–25% в виде остаточныхкостных полостей, которые также нуждаются в пластике (Герасимов Д.В. и соавт.,2012).Таким образом, костная ткань обладает значительными способностями крепаративной регенерации, которая представляет собой сложный, стадийный,многокомпонентный процесс, сочетающий в себе каскады клеточных реакций,координируемыхНесмотрянакомплексомзначительныймногоуровневыхрегенераторныйрегуляторныхпотенциалмеханизмов.костнойткани,структурно-функциональное восстановление кости при обширных дефектахзатруднено, что приводит к неблагоприятным клиническим исходам. Вследствиеэтого разработка способов стимуляция процессов репаративной регенерации иметодов замещения дефектов костной ткани в настоящий момент носит весьмаактуальный характер.1.3.

Современные принципы восстановления и замещения утраченнойкостной тканиЗа последние годы заметно увеличились и имеют тенденцию к ростуинвестиций в разработку и изготовление имплантатов для замещения костнойткани (Огородова Л.М., 2013), что, в свою очередь, с экономической точки зренияобосновывает поиск новых и относительно недорогих имплантационныхматериалов. Выполнение реконструктивных и восстановительных оперативных26вмешательств при патологии костной ткани, как правило, требует примененияматериалов, восполняющих или замещающих еѐ дефекты. Сегодня в арсеналеврачейимеютсяраспространение:нескольковидоваутоимплантаты,имплантатов,получившихаллоимплантаты,обширноексеноимплантаты,металлоконструкции (Огородова Л.М., 2013).Аутотрансплантаты – собственные ткани или клетки пациента – остаютсязолотым стандартом в современной медицине.

Аутотрансплантация представляетсобой процедуру забора материала из донорской зоны с целью имплантации вобласть дефекта, действуя в качестве ремоделирующей платформы длявосполнения утраченных тканей. Однако применение данной методики обладаеточевидными и существенными недостатками, так как донорский ресурсограничен, в связи с чем не во всех случаях дефект заполняется полностью (OllatD.

еt al., 2011; Kon E. et al., 2012; Poh P.S.P. 2014). Это ограничение касается такжеанатомического несоответствия зон пластики и забора имплантата. Частотаосложнений, сопряженная с изъятием аутотрансплантата и последующимпослеоперационным периодом, составляет до 20,6% (Лихачев С.П. и соавт., 2009).В зоне забора тканей могут развиваться вторичные патологические процессы:переломы, инфильтрация донорского участка лейкоцитами, а также возникаетболевой синдром и чувство дискомфорта, так как по сути процедура изъятияаутотрансплантата является травматичным оперативным вмешательством, что, всвою очередь, несет нагрузку на организм пациента (Gudas R.

et al., 2009; Ollat D.еt al., 2011; Kon E. et al., 2012).При отсутствии возможности использования или недостаточном количествеаутоматериала применяются аллотрансплантантаты (ткани или клетки другогочеловека) и в редких случаях – ксеноимплантаты (ткани животных) (Parikh S. etal., 2002; De Long W.G. Jr. et al., 2007).

Несмотря на развитие в настоящее времятехнологий, обеспечивающих совершенствование алло- и ксеноимплантатов, ихнедостатки не исключаются полностью, что приводит в 20–30% случаев косложнениям: переломам, образованию ложного сустава и инфекции вирусами,вызывающими заболевания, способные привести к летальному исходу: ВИЧ,27вирус гепатита В и С (De Long W.G. Jr. et al., 2007). Кроме того, антигенныесвойства трансплантата могут воздействовать на организм реципиента иприводитькпатологическимсдвигам,вызывающимегоотторжение(Ардашев И.П. и соавт., 2011). С целью снижения возможности передачизаболеваний от донора и антигенной нагрузки на организм реципиентааллоимплантатыпроходятинтенсивнуюобработку,котораяснижаетихостеоиндуктивные свойства и одновременно ухудшает механическую прочностьдо 50%, но риск инфицирования при этом до конца не устраняется (Балбекин А.В.и соавт., 2011).В тех случаях, когда применение костных имплантатов не представляетсявозможным,применяютсяметаллическиеконструкции,которыеобычноиспользуются врачами в качестве замены обширных дефектов костной ткани илицелой кости.

Металлические конструкции не несут антигенной нагрузки (Rees L.et al., 2014). Однако это не только положительная сторона имплантатов подобноготипа, но и отрицательная, так как ввиду своей биоинертности они неваскуляризуется и не колонизируется клеточными элементами, их биорезорбция иперестройка невозможны. Использование металлического имплантата такжеимеет ряд ограничений, яркий пример – применение подобных конструкций умолодых людей, так как подобные имплантаты являются постоянными,вследствие чего пациенту могут понадобиться последующие операции, чтобыоперированный сегмент не отставал от растущего организма (Amini A.R.

et al.,2011).1.4. Современный этап развития скаффолд-технологии: структура,функции и свойства матриц для стимуляции регенерации тканейУчитывая недостатки, связанные с использованием как аутотрансплантатов,так и аллотрансплантатов, были приложены большие усилия для поискаальтернативных методик и материалов для возмещения дефектов, что создалопредпосылки для формирования тканевой инженерии как практической науки,придав ей мощный толчок для развития в конце 1980-х годов (Lin C.Y. et al.,282005). Актуальность и перспективность тканевой инженерии для клиническойтерапиибылапродемонстрированав1997годупослепубликацииэкспериментальной работы о выращивании человеческого уха у бестимусныхмышей,сиспользованиемсинтетическогобиоразлагаемогополимераскультивированными на его поверхности хондроцитами (Warnke P.H.

et al., 2006?Poh P.S.P. 2014). В настоящее время на основе разработок тканевой инженерииразрабатывается большой спектр альтернативных методов лечения различныхзаболеваний, в том числе опорно-двигательного аппарата, сердечно-сосудистойсистемы, органов дыхания, патологии глаз, полости рта и почек (Roosa S.M.M. etal., 2010; Алексеева И.С. и соавт., 2012).Сегоднятканеваямеждисциплинарное,инженерияактивнопредставляетразвивающиесясобойнаучноеширокое,направление,предлагающее решение актуальной проблемы возмещения утраченных тканей.Тканеваяинженерияматериаловедения,патологическойприменяетпринципымикробиологии,клеточнойанатомииипатологическойтрадиционнойбиологии,инженерии,гистофизиологии,физиологиидлясозданиябиологических заменителей тканей человека, свойствами которых являютсястимуляция репаративных процессов, улучшение клеточного взаимодействия,поддержание и стимуляция функций тканей или целого органа, а такжеспособность к интеграции в ткани реципиента (Деев Р.В.

и соавт., 2007; Fabbri P.et al., 2010).В естественных условиях клетки располагаются во внеклеточном матриксе,который является комплексом органических и неорганических соединений,заполняющих пространство между клетками, в состав которого входят триосновных компонента: коллаген, протеогликаны и гликопротеиды. Последние, всвоюочередь,межклеточногоПространственноевыполняютматрикса,функцииоблегчаютрасположениеклетокрецепторовприкреплениеиприи«производстве»рострегенеративныйклеток.потенциалобеспечиваются посредством ауторегуляции, таким образом поддерживая средудля функционального оптимума.

Учитывая естественную тканевую организацию,29одним из основных направлений тканевой инженерии является разработка иизготовление трехмерных объемных имплантатов – скаффолдов. Современныескаффолды представляют собой аналог внеклеточного матрикса и могут бытьиспользованы как в качестве субстрата для заселения собственными клеткамиорганизма, мигрирующими из перифокальной зоны дефекта, так и дляизготовления тканеинженерных конструкций, содержащих культивированныеклетки в условиях in vitro (Чернов А.В. исоавт., 2012; Новочадов В.В., 2013;Советников Н.Н. и соавт., 2013; Иванов А.Н. и соавт., 2015; Dhollander А.А. et al.,2012; Yamashita A.