Оптимизация регенерации дефекта верхней стенки глазницы крысы в условиях применения эластинового ксеногенного биоматериала
Ключевые слова:
ксеногенный эластиновый биоматериал, модифицированный биоматериал, регенерация, костная ткань, глазница, трансплантация, экспериментАннотация
Поиск биоматериалов, замещающих костные дефекты, ведется на протяжении долгих десятилетий. Одним из вариантов биомиметиков рассматривают ксеногенный эластиновый биоматериал (КЭБМ) как альтернативный источник аутогенным и/или аллогенным трансплантатам. Важным звеном в успешной репарации костных дефектов является сокращение сроков ремоделирования, реабилитации, а также синхронизация скорости остеогенеза и биодеградации.
Цель. Изучение динамики замещения костных дефектов глазницы с использованием различных КЭБМ в эксперименте.
Материал и методы. Экспериментальное исследование по замещению костных дефектов глазницы выполнено у 90 крыс. Животным формировали дефект верхнего края орбиты размером 7×4 мм. Опытной 1-й группе из 30 экспериментальных животных в область сформированного дефекта трансплантировали аналогичный по размеру консервированный КЭБМ (кКЭБМ), который укрепляли швами; 2-ю группу составили 30 крыс, которым дефект закрывали модифицированным КЭБМ (мКЭБМ). В контроле (30 крыс) мягкие ткани животных послойно ушивали. Ткани для последующих гистологических и иммуногистохимических исследований брали через 1, 3, 6 и 12 мес яцев.
Результаты. КЭБМ замещался костной тканью. В обеих опытных группах происходил периостальный, эндесмальный остеогенез. Однако кКЭБМ замещался не полностью. В частности, через 12 месяцев в реактивной зоне фиксировались участки незамещенного эластинового волокнистого матрикса. В то же время трансплантация мКЭБМ за счет пористости данного биоматериала позволила уже через 6 месяцев заместить дефект стенки орбиты полноценным костным регенератом и, таким образом, в 2 раза уменьшить сроки заместительной регенерации. В контрольной группе в области дефекта был зафиксирован лишь незавершенный остеогенез ввиду дефицита костной ткани.
Заключение. Модифицированный КЭБМ адекватно выполняет опорную функцию и создает оптимальные условия для регенерации костной ткани, ускоряя ее за счет своей пористой структуры, и, следовательно, может быть рекомендован для восстановления костных дефектов.
Библиографические ссылки
1. Нигматуллин Р.Т., Кутушев Р.З. Ксенотрансплантация тканей: фрагменты истории зарождения и перспективы ее развития. Медицинский вестник Башкортостана. 2021;16(4): 75–80. [Nigmatullin RT, Kutushev RZ. Xenotransplantation of tissues: fragments of history and development prospects. Bashkortostan Medical Journal. 2021;16(4): 75–80. (In Russ.)]
2. Joshi A. An investigation of post-operative morbidity following chin graft surgery. Brit Dent J. 2004;196(4): 215–218. doi: 10.1038/sj.bdj.4810987
3. Кирилова И.А., Садовой М.А., Подорожная В.Т. Сравнительная характеристика материалов для костной пластики: состав и свойства. Хирургия позвоночника. 2012;(3): 72–83. [Kirilova IA, Sadovoi MA, Podorozhnaya VT. Comparative characteristics of materials for bone grafting: composition and properties. Hirurgiya pozvonochnika. 2012;(3): 72–83. (In Russ.)]
4. Кирилова И.А. Деминерализованный костный трансплантат как стимулятор остеогенеза: современные концепции. Хирургия позвоночника. 2004;3: 105–110. [Kirilova IA. Demineralized bone graft as an osteogenesis stimulator: modern concepts. Hirurgiya pozvonochnika. 2004;3: 105–110. (In Russ.)]
5. Лебедева А.И. Муслимов С.А., Афанасьев С.А., Кондратьева Д.С. Роль макрофагов в регенерации мышечных тканей, индуцированных аллогенным биоматериалом. Российский иммунологический журнал. 2019;13(22): 849–851. [Lebedeva AI Muslimov SA, Afanasiev SA, Kondratieva DS. The role of macrophages in the regeneration of muscle tissues induced by allogeneic biomaterial. Rossijskij immunologicheskij zhurnal. 2019;13(22): 849–851. (In Russ.)]
6. Lutolf MP, Hubbell JA. Synthetic Biomaterials as Instructive Extracellular Microenvironments for Morphogenesis in Tissue Engineering. Nature Biotechnology. 2005;23: 47–55. doi: 10.1038/ nbt1055
7. Gurumurthy B, Bierdeman PC, Janorkar AV. Composition of elastin like polypeptide–collagen composite scaffold influences in vitro osteogenic activity of human adipose derived stem cells. Dental Materials. 2016;32(10): 1270–1280.
8. Pal P, Nguyen QC, Benton AH, Marquart ME, Janorkar AV. Drug-Loaded Elastin-Like Polypeptide-Collagen Hydrogels with High Modulus for Bone Tissue Engineering. Macromol Biosci. 2019;19(9): e1900142. doi: 10.1002/mabi.201900142
9. Иванов А.А., Данилова Т.И., Попова О.П. и др. Надкостница как источник прогениторных остеогенных клеток для восстановления резорбированной альвеолярной кости. Российская стоматология. 2016;4: 39–42 [Ivanov AA, Danilova TI, Popova OP. Periosteum as a source of progenitor osteogenic cells for the restoration of resorbed alveolar bone. Rossijskaya stomatologiya. 2016;4: 39–42. (In Russ.)] doi: 10.17116/rosstomat20169439-42
10. Wong SP, Rowley JE, Redpath AN, Tilman JD, Fellous TG, Johnson JR. Pericytes, mesenchymal stem cells and their contributions to tissue repair. Pharmacol Ther. 2015;151: 107–120. doi: 10.1016/j.pharmthera.2015.03.006
11. Шахов В.П., Попов С.В. Стволовые клетки и кардиомиогенез в норме и патологии. Томск, 2004: 4–38. [Shakhov VP, Popov SV. Stem cells and cardiomyogenesis in normal and pathological conditions. Tomsk. 2004: 4–38. (In Russ.)]
12. Cananzi M, Coppi P. CD117+ amniotic fluid stem cells Organogenesis. 2012; 8(3): 77–88. doi: 10.4161/org.22426
13. Tejeda-Montes E, Klymov A, Nejadnik MR, Alonso M, Rodriguez-Cabello JC, Walboomers XF, Mata A. Mineralization and bone regeneration using a bioactive elastin-like recombinamer membrane. Biomaterials. 2014;35(29): 8339–8347. doi: 10.1016/j.biomaterials. 2014.05.095
14. Ragnoni E, Palombo F, Green E, Winlove C, Di Donato M, Lapini A. Coacervation of α-elastin studied by ultrafast nonlinear infrared spectroscopy. Phys Chem Chem Phys. 2016;18: 27981–27990.
15. McCarthy B, Yuan Y, Koria P. Elastin-like-polypeptide based fusion proteins for osteogenic factor delivery in bone healing. Biotechnol Prog. 2016;8;32(4): 1029–1037. doi: 10.1002/btpr.2269
16. Yu L, Wei M. Biomineralization of Collagen-Based Materials for Hard Tissue Repair. Int J Mol Sci. 2021;22: 944. doi: 10.3390/ ijms22020944
17. Niu LN, Jiao K, Qi YP, Nikonov S, Yiu CK, Arola DD, Gong SQ, El-Marakby A, Carrilho MR, Hamrick MW, Hargreaves KM., Diogenes A, Chen JH, Pashley DH, Tay FR. Intrafibrillarsilicification of collagen scaffolds for sustained release of stem cell homing chemokine in hard tissue regeneration. FASEB J. 2012;26: 4517–4529.
