Экспериментальное обоснование применения остеотрансплантата при травматических дефектах позвонка

Цель исследования. Анализ особенностей формирования костной ткани при пластике дефекта и перелома тела позвонка in vitro аллогенным остеотрансплантатом в эксперименте.

Материал и методы. В эксперименте на 20 мини-пигах одинакового возраста создали модели дефекта в теле позвонка (перелом краниовентрального отдела с проникновением в пространство пульпозного ядра). Провели пластику травматических дефектов аллогенным остеотрансплантатом или аутокостью. Через 14, 30, 90, 180 сут проводили КТ, гистологическое, спектрометрическое исследования микропрепаратов. Изучали репаративный остеогенез, рентгенологическую плотность, содержание Са и Р, микротвердость.

Результаты. При имплантации аллогенного остеотрансплантата органоспецифическая кость, сходная с костью реципиента по морфологическому строению, рентгенологической плотности, минеральному составу и микротвердости, сформировалась на 90-е сут (Р = 0,01). После трансплантации аутокости сформировавшийся к этому сроку регенерат в центральной части находился в состоянии рассасывания и перестройки с более низкими показателями рентгенологической плотности, содержания Са и Р, микротвердости (Р = 0,01).

Заключение. После пластики травматических дефектов тел позвонков аллогенным остеотрансплантатом органоспецифическая костная ткань формируется в более ранние сроки и достоверно отличается большей минерализацией и прочностью.

1. Apicella A, Apicella D, Syed J, Aversa R. Innovative biomaterials in bone tissue engineering and regenerative medicine. In: Tatullo M., ed., MSCs and Innovative Biomaterials in Dentistry. Springer International Publishing, 2017:63–84.

2. Asghari F, Samiei M, Adibkia K, Akbarzadeh A, Davaran S. Biodegradable and biocompatible polymers for tissue engineering application: a review. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2017;45:185–192. DOI: 10.3109/21691401.2016.1146731.

3. Bastami F, Nazeman P, Moslemi H, Rezai Rad M, Sharifi K, Khojasteh A. Induced pluripotent stem cells as a new getaway for bone tissue engineering: a systematic review. Cell Prolif. 2017;50(2). DOI: 10.1111/cpr.12321.

4. Bose S, Tarafder S, Bandyopadhyay A. Effect of chemistry on osteogenesis and angiogenesis towards bone tissue engineering using 3D printed scaffolds. Ann Biomed Eng. 2017;45:261–272. DOI: 10.1007/s10439-016-1646-y.

5. Gordeladze JO, Haugen HJ, Lyngstadaas SP, Reseland JE. Bone tissue engineering: state of the art, challenges, and prospects. In: Hasan A., ed., Tissue Engineering for Artificial Organs: Regenerative Medicine, Smart Diagnostics and Personalized Medicine. Wiley, 2017:525–551.

6. Ng J, Spiller K, Bernhard J, Vunjak-Novakovic G. Biomimetic approaches for bone tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev. 2017;23:480–493. DOI: 10.1089/ten. TEB.2016.0289.

7. Noori A, Ashrafi SJ, Vaez-Ghaemi R, Hatamian-Zaremi A, Webster TJ. A review of fibrin and fibrin composites for bone tissue engineering. Int J Nanomedicine. 2017;12:4937–4961. DOI: 10.2147/IJN.S124671.

8. Smith BT, Santoro M, Grosfeld EC, Shah SR, van den Beucken JJJP, Jansen JA, Mikos AG. Incorporation of fast dissolving glucose porogens into an injectable calcium phosphate cement for bone tissue engineering. Acta Biomater. 2017;50:68–77. DOI: 10.1016/j.actbio.2016.12.024.

9. Sethu SN, Namashivayam S, Devendran S, Nagarajan S, Tsai WB, Narashiman S, Ramachandran M, Ambigapathi M. Nanoceramics on osteoblast proliferation and differentiation in bone tissue engineering. Int J Biol Macromol. 2017;98:67–74. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2017.01.089.

10. Tan GH, Goss BG, Thorpe PJ, Williams RP. CT-based classification of long spinal allograft fusion.Eur Spine J. 2007;16:1875–1881. DOI: 10.1007/s00586-007-0376-0.

11. Vasyliev R, Oksymets VM, Rodnichenko A, Zlatska AV, Gubar OS, Zubov DO. Tissue engineering-based approach for restoration of combat related critical sized bone defects. Cytotherapy. 2017;19:S223–S224. DOI: 10.1016/j.jcyt.2017.02.311.

12. Westphal I, Jedelhauser C, Liebsch G, Wilhelmi A, Aszodi A, Schieker M. Oxygen mapping: Probing a novel seeding strategy for bone tissue engineering. Biotechnol Bioeng. 2017;114:894–902. DOI: 10.1002/bit.26202.

13. Wu Q, Yang B, Hu K, Cao C, Man Y, Wang P. Deriving osteogenic cells from induced pluripotent stem cells for bone tissue engineering. Tissue Engineering Part B: Reviews. 2017;23:1–8. DOI: 10.1089/ten.TEB.2015.0559.

14. Yorukoglu AC, Kiter AE, Akkaya S, Satiroglu-Tufan NL, Tufan AC. A concise review on the use of mesenchymal stem cells in cell sheet-based tissue engineering with special emphasis on bone tissue regeneration. Stem Cells Int. 2017;2017:2374161. DOI: 10.1155/2017/2374161.

15. Zhang XY, Fang G, Zhou J. Additively manufactured scaffolds for bone tissue engineering and the prediction of their mechanical behavior: a review. Materials (Basel). 2017;10:50. DOI: 10.3390/ma10010050.

16. Бруско А. Т., Гайко Г. В. Современные представления о стадиях репаративной регенерации костной ткани при переломах // Вісник ортопедії, травматології та протезування. 2014. № 2. С. 5–8. [Brusko AT, Gaiko GV. Contemporary ideas about the stages of reparative bone tissue regeneration in fractures. Visnik ortopedii, travmatologii ta protezuvannya. 2014;(2):5–8. In Russian].

17. Дедух Н. В., Сыкал А. А. Регенерация кости при сахарном диабете 2-го типа (экспериментальное исследование) // Проблеми остеології. 2015. Т. 18. № 4. С. 12–18. [Dedukh NV, Sykal AA. Bone repair under type 2 diabetes mellitus (experimental investigation). Problemi osteologii. 2015;18(4):12–18. In Russian].

18. Зайдман А.М., Косарева О.С., Щелкунова Е.И., Корель А.В., Сухих А.В., Строкова Е.Л., Иванова Н.А., Рерих В.В., Предеин Ю.А., Ластевский Д.А., Агеева Т.А., Гусев А.Ф. Экспериментальное обоснование применения трехмерного остеотрансплантата для регенерации костной ткани различной локализации и гистогенеза // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 6. URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25582. [Zaidman AM, Kosareva OS, Shchelkunova EI, Korel AV, Sukhikh AV, Strokova EL, Ivanova NA, Rerikh VV, Predein YuA., Lastevsky DA, Ageeva TA, Gusev AF. Experimental substantiation of application of three-dimensional bone graft for regeneration of bone tissue of various localization and histogenesis. Modern Problems of Science and Education.2016;(6). URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25582. In Russian].

19. Rerikh VV, Lastevskiy AD, Sadovoy MA, Zaidman AM, Bataev AV, Predein YuA, Avetisyan AR, Romanenko VV, Mamonova EV, Nikulina AA, Semantsova ES, Smirnov AI. Experimental verification of using nanostructured ceramic implants and osteograft. AIP Conference Proceedings. 2017;1882:020059. DOI: 10.1063/1.5001638.

20. Drueke TB, Massy ZA. Changing bone patterns with progression of chronic kidney disease. Kidney Int. 2016;89:289–302. DOI: 10.1016/j.kint.2015.12.004.

21. Harris PE, Bouloux PM. Metabolic bone disease. In: Endocrinology in Clinical Practice, ed. by P.E. Harris, P.M. Bouloux. CRC Press, 2014:243.

22. Picke AK, Gordaliza Alaguero I, Campbell GM, Glüer CC, Salbach-Hirsch J, Rauner M, Hofbauer LC, Hofbauer C. Bone defect regeneration and cortical bone parameters of type 2 diabetic rats are improved by insulin therapy. Bone. 2016;82:108–115. DOI: 10.1016/j.bone.2015.06.001.

23. Chen C, Li D, Wang Z, Li T, Liu X, Zhong J. Safety and efficacy studies of vertebroplasty, kyphoplasty, and mesh-container-plasty for the treatment of vertebral compression fractures: preliminary report. PloS One. 2016;11:e0151492. DOI: 10.1371/journal.pone.0151492.

24. Guo JB, Zhu Y, Chen BL, Xie B, Zhang WY, Yang YJ, Yue YS, Wang XQ. Surgical versus non-surgical treatment for vertebral compression fracture with osteopenia: a systematic review and meta-analysis. PloS One. 2015;10:e0127145. DOI: 10.1371/journal.pone.0127145.

25. Stauff MP, Carragee EJ. Vertebral compression fracture rules. Spine J. 2014;14:971–972. DOI: 10.1016/j.spinee.2014.03.005.

26. Зайдман А.М., Корель А.В., Щелкунова Е.И., Иванова Н.А. Способ получения трехмерного остеотрансплантата // Патент RU 2574942. Заявка 2014145384/15 от 11.11.2014 г., опубликовано 10.02.2016 г., Бюл. № 4. [Zaidman AM, Korel’ AV, Shchelkunova EG, Ivanova NA. Method for producing three-dimensional bone graft. Patent RU 2574942. Appl. 11.11.2014; Publ. 10.02.2016. Bul. 4. In Russian].

27. Зайдман А.М. Новый пластический материал для лечения вертебральной патологии и не только… // Хирургия позвоночника. 2018. № 2. С. 91–97. [Zaidman AM. New plastic material for the treatment of vertebral pathology and not only... Hir. Pozvonoc. 2018;15(2):91–97. In Russian]. DOI: http://dx.doi.org/10.14531/ss2018.2.91-97.

28. Misch CE, Meffert RM. Implant quality of health scale: A clinical assessment of the health disease continuum. In: Dental Implant Prosthetics, ed. by C.E. Misch. St. Louis: Elsevier Mosby, 2005:596–603.

29. Паршев С.Н., Полозенко Н.Ю. Микротвердость материалов. Волгоград, 2004. [Parshev SN, Polozenko NYu. Microhardness of Materials. Volgograd, 2004. In Russian].

30. Supova M. Problem of hydroxyapatite dispersion in polymer matrices: a review. J Mater Sci Mater Med. 2009;20:1201–1213. DOI: 10.1007/s10856-009-3696-2.