Диссертация (1141130), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Живая ткань, в частности, костнаяткань, является гибридной динамической системой, состоящей из клеток ивнеклеточного материала. В такой системе живые клетки находятся внутрисложно структурированного матрикса внеклеточного вещества, которое онисинтезируют и подвергают деструкции, создавая тем самым необходимуюмикроструктурувсеймикроструктуройисистемы.составом,Костнаятканьсконструированаобладаетизсложнойкомпозитного6полимерно-неорганического материала [Тюкин Ю.В., 2013], которыйопределяет ее физико-химические свойства, а регенерация костной тканипроисходит с контролируемой скоростью и интенсивностью, которыезависят от микроокружения и происходит под действием функциональнойнагрузки и под управлением различных эндогенных биологическиактивных веществ.
В то же время, современные костезамещающиеостеопластическиематериалывбольшинствесвоёмобладаютостекондуктивными свойствами, за счёт своих матриксных характеристик,или биоактивными свойствами благодаря стимуляции отдельных стадийостеогенеза [Dubruel P., 2014].Создание сложных комбинированных остеопластических материаловиликостныхимплантатовсрасширеннымиструктурнымиифункциональными свойствами стало возможным благодаря развитиюрегенеративной медицины и инженерных направлений в биологии имедицине:биоинженерии(вчастности,тканевойинженерии)ибиотехнологии.
Тканевая инженерия кости предлагает перспективныеподходы для создания костезамещающих материалов и имплантатов сконтролируемыми во времени остеоиндуктивными и остеогеннымисвойствами.Актуальность развития инженерии костной ткани отражена в научнойлитературе, так при анализе баз данных по ключевым словам «инженериякостной ткани» (bone engineering) получены следующие данные: e-library.ru– 37 221 источника (статьи, патенты), http://www.sciencedirect.com – 84 508,http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed – 39 775, Google Scholar – 2 320 000,etc….Цель исследования:Разработка технологии изготовления костных имплантатов на основегибридной полимерной конструкции из поли-3-оксибутирата и альгината7заселенным МСК для направленной костной регенерации с применениемметода 3D печати.Задачи исследования:1.
По данным литературы оценить возможность применения МСК длярегенерации костной ткани и выбрать группу синтетических полимерныхматериаловсостеокондуктивнымисвойствами,применяемыхдлякультивирования МСК.2. Разработатьметодикуизготовленияполимерныхматриксов,обладающих остекондуктивными свойствами и тропных к МСК.3. Оценитьбиосовместимостьискоростьбиодеградацииразработанных композиций в эксперименте на животных.4. Исследовать влияние разработанного материала на регенерациюкритических костных дефектов в эксперименте на животных.Новизна исследования:Научная новизна проекта состоит в исследовании влияния физикохимическихибиологическихсвойствбиоматериаласкaффолда,изготовленного на основе композита альгинатов и поли-3-оксиалканоатов,на процессы роста и дифференцировки мезенхимальных стволовых клетокв модельных условиях in vitro и на модели дефекта кости in vivo.
ВпервыедляэкспериментальныхисследованийдифференцировкиМСК,культивируемых на композитных скaффолдах, использована оригинальнаятехнология контролируемого биосинтеза полиоксиалканоатов и альгинатовкак инструмента для получения полимеров с заданными физикохимическими и биологическими свойствами, что позволяет регулироватьсвойства композитного биоматериала скaффолда в широких пределах.Впервые исследовано влияние физико-химических и биологических свойствскэффолдовизПОАи/илиальгинатовнапривлечение,рости8дифференцировкуэндогенныхМСК.Впервыеизученоизменениебиомеханических свойств МСК в процессе их дифференцировки при ростена композитных скaффолдах.Практическое значение:Результаты проведенной работы могут быть использованы дляпроведения опытно-технологических работ, направленных на созданиетехнологии производства новых медицинских изделий и материалов иновых медицинских хирургических технологий в челюстно-лицевойхирурии.
На основании полученных результатов и внедрение в практикуновых разработок ведет к более эффективной защите здоровья населения засчет создания медицинских изделий с новой биофункциональностью ивысокой терапевтической эффективностью. Разрабатываемые технологииявляютсяуникальныминаукоемкости,чтоиделаетпатентно-чистымиихвысокоблагодаряперспективнымивысокойвчастипатентоспособности и их лицензионных возможностей. Создание новыхмедицинских изделий и комбинированных технологий их производствапозволит провести эффективное замещение традиционных медицинскихизделий в самых различных областях медицины. Полученные результаты иразработанные методики ориентированы на широкое применение вмедицинских учреждениях, использующих высокотехнологические методылечения,научно-исследовательскихпроизводителяхсовременныхорганизацияхмедицинскихиизделийфирмахибудутконкурентоспособными на мировом рынке.Положительный социальный эффект, достигаемый на основанииполучаемых результатов, будет включать: созданиепринципиальноновыхвысокотехнологичныхмедицинских изделий и материалов для регенеративной медицины изамещение(вт.ч.масштабноеимпортозамещение)традиционных9медицинских изделий изделиями с новой биофункциональностью; повышение конкурентоспособности и модернизация отечественноймедицинской промышленности за счет внедрения новых комбинированныйтехнологий получения биоматериалов и медицинских изделий на их основе; расширение сырьевой базы медицинской и фармацевтическойпромышленности за счет использования новых полимерных биоматериалов; повышение стандартов контроля качества и системы испытаниймедицинских изделий за счет внедрения комплекса новых методовисследования новой биофункциональности медицинских изделий; повышениетехнологическогоуровняотечественногоздравоохранения за счет внедрения в медицинскую практику новых методоврегенеративного лечения; улучшение качества жизни пациентов с дефектами костной ткани,увеличение продолжительности жизни населения России, защиту егоздоровья и безопасности.Методология и методы исследованияВработе использованыследующие методы: гистологические(специфические методы окраски костной ткани, специальные методыподготовки костных шлифов и приготовление гистологических препаратов);методы флуоресцентной микроскопии,в том числе конфокальнаямикроскопия, 3D моделирование.Личный вклад автора в исследованиеАвторличнопровёлэкспериментальноеисследованиеостеопластического материала из поли-3-оксибутирата с гидроксиапатитомзаполненногоальгинатомнатрияимезенхимальнымистволовымиклетками.
Принял участие в оценке результатов, полученных в ходеэксперимента. Оперировано 86 животных (крысы), изготовлены и изучены10полученные в экспериментах гистологические препараты.Положения выносимые на защиту1. Композитная полимерная конструкция для тканевой инженерии ввиде трехмерного матрикса на основе поли-3-оксибутирата, заполненогоальгинатным гидрогелем, биосовместима с органами и тканями, обладаетпреимущественно остеокондуктивными, а при добавлении в конструкциюгидроксиапатита и мезенхимальных стволовых клеток, остеоиндуктивнымии остегенными свойствами.2.
Разработана терапевтическая система для инженерии костной тканина основе трехмерного матрикса из композита ПОБ/ГА, заполненногоальгинатнымгидрогелем,способнаяподдерживатьростМСКипозволяющая восстановливать костные дефекты сложной формы.Степень достоверности и апробация работыАпробация работы проведена нанаучной конференции кафедрычелюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии ФГАОУ ВОРУДН 22.06.2018 г. Результаты исследования докладывались и обсуждалисьна конференции «Science for Health» (Москва 2016 г.), на ХХХVIIIВсероссийской научно-практической конференции «СТОМАТОЛОГИЯXXI ВЕКА» (Москва, 25-27 сентября 2017 г.), на Всероссийскоммолодежном форуме с международным участием «Неделя Науки-2017»(Ставрополь,23-24ноября2017г),наМеждународномфоруме«Биотехнология: состояние и перспективы развития.
Науки о жизни»(Москва, 2018 г.).Внедрение результатов работы1. Разработана и получена трехмерная тканеинженерная конструкцияна основе полиоксибутирата, гидроксиапатита и альгината натрия,11наполненная мультипотентными стволовыми клетками для реконструкциикостных дефектов сложной формы.2. Полученоодобрениеэтическогокомитетанадальнейшееисследование разработанной терапевтической системы для инженериикостной ткани на основе трехмерного матрикса из композита ПОБ/ГА,заполненного альгинатным гидрогелем и МСК в клинической практике.ПубликацииПо теме диссертационной работы опубликовано 6 научных статей, изних 3 – в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК.Объём и структура работыРабота состоит из введения, обзора литературы, описания материалови методов исследования, изложения результатов экспериментальногоисследований и их обсуждения, заключения, выводов, практическихрекомендаций и списка литературы. Работа изложена на 127 страницмашинописного текста.
В работе использовано 5 таблиц, 61 рисунков (из них3 микрофотографий, 28 фотографий, 30 гистограмм). Проанализировано 188источников литературы, в том числе 44 отечественных.12Глава I. Обзор литературы1.1.Регенерация костной тканиФизиологическийирепаративныйостеогенезкостиизучендостаточно хорошо. При переломе разрушается костная матрица,повреждаются сосуды и формируется гематома.
Цитокины из матрицы идегрануляциятромбоцитовбиологическиактивныхвобластибелков,переломапривлекающихобразуютсредумультипотентныемезенхимальные стволовые клетки (МСК), которые мигрируют в областьповреждения. Остеокласты разрушают поврежденные фрагменты кости,стимулируяостеобласты,атакжепривлекаяМСК.ЗатемМСКпролиферируют и под воздействием внеклеточного матрикса и эндогеннойстимуляциицитокинамииростовымифакторамиобразуютпредшественников остеобластов, хондробластов или фибробластов взависимости от их локального микроокружения в области перелома.
И приблагоприятных для регенерации кости или хряща биохимических ибиомеханическихпретерпеваютсвойствахсредыдифференциациювэтогомикроокруженияостеогенномилиМСКхондрогенномнаправлении [Carter DR., 1998]. Эти клетки продуцируют матрикс собразованием костной и хрящевой ткани, создавая костную мозоль.Минерализованныекостныеихрящевыетканиподвергаютсяэндохондральному окостенению, заполняют дефекта и образуют молодуюкостную ткань. Костная мозоль в процессе реконструкции приобретаетгеометрические и физические свойства для противодействия приложенныхк ней нагрузок.Таким образом, клеточными действиями по заживлению костиявляются химиоатракция, миграция, пролиферация и дифференцировка, аосновными предшественниками этой клеточной группы, являются МСК.Естественные процессы регенерации костной ткани достаточны дляосуществления своевременного восстановления целостности скелета только13при условии сопоставления костных отломков и обеспечении их внутреннейжёсткой фиксации. Однако, в некоторых ситуациях необходимо усилениеестественных регенеративных механизмов для восстановления обширныхдефектов при нарушении целостности костей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
