Диссертация (1154858), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Особенности скаффолдов для замещения дефектов и стимуляциирегенерации костной тканиОсобенностью скаффолдов, используемых для стимуляции регенерациикостной ткани, является то, что они не только выступают в качестве временнойматрицы для стимуляции дифференцировки и клеточного роста, но иобеспечивают механическую прочность в оперированном сегменте при нагрузке,что в конечном счете стимулирует ремоделирование костной ткани (Cunniffe G. etal., 2011; Suresh K.V., 2011). Учитывая указанные особенности, скаффолд длязамещения дефектов и стимуляции процесса регенерации костной ткани долженобладать специальными механическими свойствами, позволяющими раннююнагрузку в послеоперационном периоде. При этом наряду с повышеннойпрочностью обязательным требованием, предъявляемым к таким матрицам,является высокая пористость (> 80%), что необходимо для интеграциисобственных клеток организма в структуру скаффолда.
Кроме того, высокаяпористость необходима для васкуляризации скаффолда – ключевого процесса,34обеспечивающего адекватную доставку питательных веществ и трофикурегенерата имплантата (Stevens M.M., 2008; Fabbri P. et al., 2010).Следуеттакжеотметить,чторанееразрабатываемыескаффолдыиспользовались с целью обеспечения механической прочности костной ткани, тоесть особое внимание уделялось остеокондуктивным свойствам. В настоящеевремя разрабатываемые комбинированные скаффолды на основе полимеровобладают как остеокондуктивными, так и остеоиндуктивными свойствами,обеспечивают возможность механических нагрузок и благодаря внутреннейпористой микроархитектоники стимулируют процессы не только роста, но иостеогенной дифференцировки клеток (Cunniffe G. et al., 2011; Suresh K.V., 2011).Из вышесказанного следует вывод, что для изготовления оптимальногоимплантата для замещения костной ткани структура скаффолда должнаимитироватькостьсточкизрениямеханических,биологическихифункциональных характеристик.В ходе разработки оптимально подходящего скаффолда для пластикикостных дефектов различными группами учѐных было исследовано множествоматериалов как природного, так и искусственного происхождения, а также ихсочетания.
Современные синтетические полимеры, получившие обширноераспространение при создании скаффолдов для костной ткани, включают в себяполилактид(ПЛА),полигликолид(ПГА),поликапролактон(ПКЛ),полидиоксанон (ПДО), полиангидриды и их сополимеры. Эти синтетическиеполимеры имеют различную температуру плавления, температуры стеклования ивремя биорезорбции (Woodruff M.A.
et al., 2010). В зависимости от способаизготовления скаффолдов и предполагаемой области их применения указанныеполимеры имеют различные преимущества.Следует подчеркнуть, что скорость биодеградации должна максимальносоответствовать естественной скорости роста ткани, что имеет особенноезначение при стимуляции репаративных процессов в скелетных соединительныхтканях, в частности костной (Pêgo A.P. et al 2003; Bat E.
et al., 2010; Woodruff M.A.et al., 2010). Полимер в основе скаффолдов, изготовляемых для костной ткани,35долженобладатьотносительнодолговременнымпериодомбиорезорбции(> 12 месяцев), чтобы гарантировать сохранение матрицей пористой структурыдляподдержанияинтеграциикостнойтканивструктуруимплантата(Muschler G.F. et al., 2004). Концепции применения медленно биорезорбируемыхскаффолдов оптимально соответствует ПКЛ, являющегося алифатическимполиэфиром.
ПКЛ имеет время биодеградации более 24 месяцев и демонстрируетлучшие вязкоупругие свойства по сравнению с другими алифатическийполиэфирами (Woodruff M.A. et al., 2010). Его низкая температура плавления(~ 60 °C), позволяет легко изготавливать скаффолды методом электроформования(Woodruff M.A. et al., 2010). ПКЛ – полимер, который был одобрен в странахЕвросоюза и США для применения в медицинских целях, в частности дляизготовления шовного материала «Монокрил» фирмы Johnson&Johnson (США),эндодонтическихматериаловдлястоматологии«Resilon».Отсутствиецитотоксических эффектов ПКЛ, хорошая адгезия и пролиферация клеток наскаффолдах из этого материала в условиях in vitro определяют перспективы егоиспользования в тканевой инженерии (Новочадов В.В., 2013; Видяшева И.В. исоавт., 2014; Иванов А.Н.
и соавт., 2014; Serrano M.C. et al., 2004; Şaşmazel H. etal., 2008; Schagemann J.C. et al., 2010; Ivanov A.N. et al., 2015). Кроме того, ПКЛбыл одобрен FDA для тканевой инженерии, что должно ускорить переходподобных тканеинженерных конструкций из научных лабораторий в условияклинической медицины (Teoh S.W. et al., 2011).Для стимуляции репаративного остеогенеза и обеспечения механическойпрочности при замещении дефекта костной ткани разрабатывают различные типыполимерныхскаффолдов,однакорядавторовуказываютнанизкуюбиоактивность искусственных матриц (Schantz J.T. et al., 2006; Schuckert K.H. etal., 2008; Low S.W. et al., 2009).
Решение этой проблемы реализуется в настоящеевремя путем включения различных биоактивных компонентов в составполимерныхскаффолдов,чтообеспечиваетстимуляциюсобственныхрегенераторных способностей костной ткани. Для того чтобы улучшитьбиологическуюактивностьиэффективностьинтеграцииполимера,в36узкоспециализированные скаффолды в зависимости от типа скелетных тканейвключают как органические, так и неорганические вещества, такие как керамикаили биологически активное стекло (БАС). Эти материалы нашли широкоеприменение в клинической практике для пластики скелетных тканей в челюстнолицевой хирургии и стоматологии благодаря присущей им биоактивности(Hench L.L.
1991, 2006).Длястимуляциирепаративныхпроцессовкостнойтканихорошозарекомендовал себя ГА, который ранее получил широкое распространение вкачестве покрытия для металлических имплантатов. Это было обусловлено еговысокой способностью поддерживать рост костной ткани вдоль поверхностибиоинертного имплантата, тем самым улучшая интеграцию конструкции в кость,предотвращая вторичное расшатывание, а следовательно, и повторные операции(Geesink R.G. et al., 1995; Le Geros R.Z., 2002).Изготовление скаффолда только на основе ГА затруднено в связи сневозможностью добиться высокой пористости, поэтому его используют вкачествекомпонентаполимерныхматриц.Полимерныескаффолдысвключенным в их состав ГА широко изучаются (Козадаев М.Н.
и соавт., 2015;Murphy W.L. et al., 2000; Takeuchi A. et al., 2003; Chim H. et al., 2006; Yang F. et al.,2008; Arafat M.T. et al., 2011; Vaquette C. et al., 2013), и в ходе исследований былаподтверждена их способность стимулировать дифференцировку остеобластов какв условиях in vitro, так и in vivo (Mavis B. et al., 2009; Nandakumar A. et al., 2010;Seyedjafari E. et al., 2010; Polini A. et al., 2011; Vaquette C. et al., 2013).
Кроме того,было описано применение комбинированных скаффолдов, состоящих изчередующихся слоев коллагена и гидроксиапатита в разных пропорциях (Gudas R.et al., 2005; Kon E. et al., 2012). Следует отметить, что использование комбинацииколлагена с гидроксиапатитом позволяет добиться образования регенератакостной и хрящевой ткани в пределах одного имплантата. При этомформирование костной ткани происходит в глубоких слоях скаффолда, а на самойповерхностной части идет регенерация хряща (Kon E.
et al., 2010; 2012; Filardo G.et al., 2013). Регенерация комплекса костной и хрящевой ткани с помощью37комбинированныхскаффолдовобусловливаетбольшиеперспективыихприменения по сравнению с однокомпонентными матрицами (Schleicher I. et al.,2013; Shufang Z. et al., 2013; Pingguo D. et al., 2014).Таким образом, комбинируя различные материалы как природного, так иискусственного происхождения в составе скаффолда, возможно добиться егооптимальных характеристик, что позволит управлять скоростью биорезорбциикомпозита, а также его биоактивностью и механической прочностью.Принимая во внимание тот факт, что материалы, имеющие природноепроисхождение, могут активировать иммунную реакцию со стороны организмапри их имплантации в область дефекта, применение синтетических скаффолдов,содержащихминеральныекомпоненты,являетсяболеерациональным(Иванов А.Н.
и соавт., 2014; Иванов А.Н. и соавт., 2015; Giuseppe F. et al., 2013).Проведенные исследования на животных свидетельствуют о том, что приимплантации скаффолдов на основе полилактид-гликолида (ПЛГА) с включениемминеральныхкомпонентов(ГА)воспалительныеизменения,подавлениеангиогенеза и апоптоз в перифокальной зоне менее выражены по сравнению сматрицами природного происхождения, в частности коллагена и хитозана.В результате авторы пришли к заключению о лучшей биосовместимостискаффолдов на основе полимеров искусственного происхождения по сравнению сестественными аналогами (Rücker М.
et al., 2006; Кon E. et al., 2009). Многиеисследователи полагают, что сочетание относительно инертного синтетическогополимера с биоактивными материалами – ключ к созданию оптимальногобиоактивного композитного материала (Zhang Y. et al., 2001; Yao J.
et al., 2005;Rezwan K. et al., 2006; Misra S.K. et al., 2007; Fabbri P. et al., 2010).Современные композитные материалы позволили улучшить и вывести нановыйуровеньтакиехарактеристикисовременныхтканеинженерныхконструкций, как биосовместимость, механические и прочностные параметры,скорость биорезорбции. Использование композитных материалов при созданиискаффолдов позволяет получать уникальные комбинации свойств: легкий вес,высокую механическую прочность, высокую пористость с малым размером пор,38что благоприятно сказывается и на васкуляризации и биодеградации (Xu T.,2012). Так, проводимые исследования в условиях in vivo, посвященные изучениюпроангиогенной активности полимерных композитов с различным содержаниемБАС в своем составе, показали, что неоангиогенез и прорастание вновьобразованных сосудов в структуру скаффолда протекает интенсивнее присочетании полимера с минеральной составляющей в своей структуре (Day R.M. etal., 2005; Keshaw H.
et al., 2009; Gorustovich A.A., 2010; Gerhardt L.C. et al., 2011).Таким образом, результаты современных исследований свидетельствуют отом,чтосодержаниеминеральноговеществавструктурематрицизсинтетического полимера находится во взаимосвязи со сложным механизмомангиогенеза, впоследствии влияя на формирование кровеносных сосудов вскаффолде и его колонизацию клеточными элементами.Важнейшим параметром скаффолдов для тканевой инженерии, и вчастностидлябиосовместимость,стимуляциитоестьрегенерацииотсутствиекостнойвыраженнойткани,являетсяиммуногенностиицитопатогенных влияний на ткани. В связи с этим на этапе доклиническойапробации необходимо всестороннее изучение параметров биосовместимости.Современныеподходыкоценкеэтоговажногосвойстваскаффолдоврегламентированы в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ ISO10993-1-2011.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
