ДЕГЕНЕРАЦИЯ МЕЖПОЗВОНКОВОГО ДИСКА И ВОЗМОЖНОСТИ ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ: ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
https://doi.org/10.14531/ss2017.1.60-67
Аннотация
Цель исследования - изучение роли различных структур межпозвонкового диска в его дегенерации, а также возможностей тканевой инженерии в терапии данного заболевания. Наиболее частым клиническим проявлением дегенерации межпозвонкового диска является боль в спине, которая зачастую сопряжена с ранней утратой трудоспособности пациентов. Гистологическое исследование диска остается наиболее достоверным методом диагностики и изучения процессов его дегенерации. В обзоре рассматривается пусковой механизм данного процесса - нарушение метаболизма диска, которое обусловлено морфологическими изменениями его структурных компонентов. Показано, что нарушение микроциркуляции в диске приводит к изменению структуры пульпозного ядра (фибротизации) и внеклеточного матрикса ядра, следствием чего является деструкция диска. Использование аутологичных культивированных in vitro клеток диска и стволовых клеток с их последующей имплантацией может восполнить дефицит клеток и восстановить структуру матрикса.
Ключевые слова
Об авторах
Вадим Анатольевич Бывальцев
Иркутский государственный медицинский университет; Иркутский научный центр хирургии и травматологии; Дорожная клиническая больница на ст. Иркутск-Пассажирский; Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования
Россия
Россия
Иван Андреевич Степанов
Иркутский государственный медицинский университет
Россия
Россия
Людмила Андреевна Бардонова
Иркутский государственный медицинский университет
Россия
Россия
Евгений Георгиевич Белых
Иркутский государственный медицинский университет
Россия
Россия
Список литературы
1. Благодатский М.Д., Балашов Б.Б. О морфологических изменениях в тканях позвоночного канала // Журнал невропатологии и психиатрии. 1987. № 4. С. 512-516.
2. Бывальцев В.А., Белых Е.Г., Степанов И.А., Гиерс М., Прул М.С. Цитокиновые механизмы дегенерации межпозвонкового диска // Сибирский медицинский журнал. 2015. № 6. С. 5-11.
3. Бывальцев В.А., Панасенков С.Ю., Калинин А.А., Сороковиков В.А., Асанцев А.О. Способ моделирования дегенеративных изменений позвоночника. Патент RU 2584136. Дата подачи заявки: 30.12.2014. Опубл. 20.05.2016. Бюл. № 14.
4. Быков В.Л. Цитология и общая гистология (функциональная морфология клеток и тканей). СПб., 2001.
5. Зайдман А.М., Бородин Ю.И. Морфогенез межпозвонкового остеохондроза // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 11. Ч. 4. С. 523-526.
6. Киселева А.В., Крылов Э.А., Старикова Е.П., Кузнецова С.А. Фактор роста сосудистого эндотелия и иммунная система // Успехи соврем. биол. 2009. Т. 129. № 4. С. 1-12.
7. Цивьян Я.Л. Патология дегенерирующего межпозвонкового диска. Новосибирск, 1988.
8. Acaroglu ER, Iatridis JC, Setton LA, Foster RJ, Mow VC, Weidenbaum M. Degeneration and aging affect the tensile behavior of human lumbar anulus fibrosus. Spine. 1995;20:2690-2701. DOI: 10.1097/00007632-199512150-00010.
9. Akiyama H. Control of chondrogenesis by the transcription factor Sox9. Mod Rheumatol. 2008;18:213-219. DOI: 10.1007/s10165-008-0048-x.
10. Battie MC, Videman T. Lumbar disc degeneration: epidemiology and genetics. J Bone Joint Surg Am. 2006;88 Suppl 2:3-9. DOI: 10.2106/JBJS.E.01313.
11. Belykh E, Giers M, Bardonova L, Theodore N, Preul M, Byvaltsev V. The role of bone morphogenetic proteins 2, 7, and 14 in approaches for intervertebral disk restoration. World Neurosurg. 2015;84:870-877. DOI: 10.1016/j.wneu.2015.08.011.
12. Bogduk N. The anatomy and pathology of lumbar back disability. Bull Post Grad Comm Med Univ Sidney. 1980;36:2-17.
13. Buckwalter JA, Einchorn TA, Simon SR, eds. Orthopedic Basic Science: Biology and Biomecanics of the Musculoskeletal System. 2nd ed. Rosemont, IL: American Academy of Ortopedic Surgeons, 2000:548-555.
14. Costi JJ, Stokes IA, Gardner-Morse MG, Iatridis JC. Frequency-dependent behavior of the intervertebral disc in response to each of six degree of freedom dynamic loading: solid phase and fluid phase contributions. Spine. 2008;33:1731-1738. DOI: 10.1097/BRS.0b013e31817bb116.
15. Crock HV, Yoshizawa H. The blood supply of the lumbar vertebral column. Clin Orthop Relat Res. 1976;(115):6-21. DOI: 10.1097/00003086-197603000-00003.
16. Djouad F, Plence P, Bony C, Tropel P, Apparailly F, Sany J, Noel D, Jorgensen C. Immunosuppressive effect of mesenchymal stem cells favors tumor growth in allogeneic animals. Blood. 2003;102:3837-3844. DOI: 10.1182/blood-2003-04-1193.
17. Elliott DM, Yerramalli CS, Beckstein JC, Boxberger JI, Johannessen W, Vresilovic EJ. The effect of relative needle diameter in puncture and sham injection animal models of degeneration. Spine. 2008;33:588-596. DOI:10.1097/brs.0b013e318166e0a2.
18. Hutton WC, Elmer WA, Boden SD, Hyon S, Toribatake Y, Tomita K, Hair GA. The effect of hydrostatic pressure on intervertebral disc metabolism. Spine. 1999;24:1507-1515. DOI: 10.1097/00007632-199908010-00002.
19. Jackson JR, Minton JA, Ho HL, Wei N, Winkler JD. Expression of vascular endothelial growth factor in synovial fibroblasts is induced by hypoxia and interleukin 1beta. J Rheumatol. 1997;24:1253-1259.
20. Jayson MI, Barks JS. Structural changes in the intervertebral disc. Ann Rheum Dis. 2009;32:10-15. DOI: 10.1136/ard.32.1.10.
21. Jensen GM. Biomechanics of the lumbar intervertebral disc: a review. Phys Ther. 1980;60:765-773.
22. Johnson WE, Wootton A, El Haj A, Eisenstein SM, Curtis AS, Roberts S. Topographical guidance of intervertebral disc cell growth in vitro: towards the development of tissue repair strategies for the anulus fibrosus. Eur Spine J. 2006;15(Suppl 3):389-396. DOI: 10.1007/s00586-006-0125-9.
23. Jorgensen C. Mesenchymal stem cells immunosuppressive properties: is it specific to bone marrow derived cells? Stem Cell Res Ther. 2010;1:15-16. DOI: 10.1186/scrt15.
24. Kramer J, Hegert C, Guan K, Wobus AM, Muller PK, Rohwedel J. Embryonic stem cell derived chondrogenic differentiation in vitro: activation by BMP-2 and BMP-4. Mech Dev. 2010;92:193-205. DOI: 10.1016/s0925-4773(99)00339-1.
25. Kuhlcke K, Fehse B, Schilz A, Loges S, Lindemann C, Ayuk F, Lehmann F, Stute N, Fauser AA, Zander AR, Eckert HG. Highly efficient retroviral gene transfer based on centrifugation-mediated vector preloading of tissue culture vessels. Mol Ther. 2002;5:473-478. DOI: 10.1006/mthe.2002.0566.
26. Leckie SK, Sowa GA, Bechara BP, Hartman RA, Coelho JP, Witt WT, Dong QD, Bowman BW, Bell KM, Vo NV, Kramer BC, Kang JD. Injection of human umbilical tissue-derived cells into the nucleus pulposus alters the course of intervertebral disc degeneration in vivo. Spine J. 2013;13:263-272. DOI: 10.1016/j.spinee.2012.12.004.
27. Lee JP, Jeyakumar M, Gonzalez R, Takahashi H, Lee PJ, Baek RC, Clark D, Rose H, Fu G, Clarke J, McKercher S, Meerloo J, Muller FJ, Park KI, Butters TD, Dwek RA, Schwartz P, Tong G, Wenger D, Lipton SA, Seyfried TN, Platt FM, Snyder EY. Stem cells act through multiple mechanisms to benefit mice with neurodegenerative metabolic disease. Nat Med. 2007;13:439-447. DOI: 10.1006/mthe.2002.0566.
28. Li J, Ezzelarab MB, Cooper DK. Do mesenchymal stem cells function across species barriers? Relevance for xenotransplantation. Xenotransplantation. 2012;19:273-285. DOI: 10.1111/xen.12000.
29. Lu ZF, Zandieh Doulabi B, Wuisman PI, Bank RA, Helder MN. Differentiation of adipose stem cells by nucleus pulposus cells: configuration effect. Biochem Biophys Res Commun. 2007;359:991-996. DOI: 10.1016/j.bbrc.2007.06.002.
30. Mason JM, Breitbart AS, Barcia M, Porti D, Pergolizzi RG, Grande DA. Cartilage and bone regeneration using gene-enhanced tissue engineering. Clin Orthop Relat Res. 2000;(379 Suppl):S171-S178.
31. Moldovan L, Moldovan NI. Role of monocytes and macrophages in angiogenesis. In: Clauss M, Breier G, eds, Mechanisms of Angiogenesis. Birkhäuser Basel, 2005;94:127-146. DOI: 10.1007/3-7643-7311-3_9.
32. Moore RJ. The vertebral endplate: disc degeneration, disc regeneration. Eur Spine J. 2006;15(Suppl 3):333-337. DOI: 10.1007/s00586-006-0170-4.
33. Murrell W, Sanford E, Anderberg L, Cavanagh B, Mackay-Sim A. Olfactory stem cells can be induced to express chondrogenic phenotype in a rat intervertebral disc injury model. Spine J. 2009;9:585-594. DOI: 10.1016/j.spinee.2009.02.011.
34. Nerurkar NL, Elliott DM, Mauck RL. Mechanical design criteria for intervertebral disc tissue engineering. J Biomech. 2010;43:1017-1030. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2009.12.001.
35. Nomura T, Mochida J, Okuma M, Nishimura K, Sakabe K. Nucleus pulposus allograft retards intervertebral disc degeneration. Clin Orthop Relat Res. 2001;(389):94-101. DOI: 10.1097/00003086-200108000-00015.
36. Oki S, Mastuda Y, Shibata Т, Okumura H, Desaki J. Morphologic differences of the vascular buds in the vertebral endplate: scanning electron microscopic study. Spine. 1996;21:174-177. DOI: 10.1097/00007632-199601150-00003.
37. Orozco L, Soler R, Morera C, Alberca M, Sanchez A, Garcia-Sancho J. Intervertebral disc repair by autologous mesenchymal bone marrow cells: a pilot study. Transplantation. 2011;92:822-828. DOI: 10.1097/TP.0b013e3182298a15.
38. Pezowicz CA, Robertson PA, Broom ND. Intralamellar relationships within the collagenous architecture of the annulus fibrosus imaged in its fully hydrated state. J Anat. 2005;207:299-312. DOI: 10.1111/j.1469-7580.2005.00467.x.
39. Raj PP. Intervertebral disc: anatomy-physiology-pathophysiology-treatment. Pain Pract. 2008;8:18-44. DOI: 10.1111/j.1533-2500.2007.00171.х.
40. Richardson SM, Walker RV, Parker S, Rhodes NP, Hunt JA, Freemont AJ, Hoyland JA. Intervertebral disc cell-mediated mesenchymal stem cell differentiation. Stem Cells. 2006;24:707-716. DOI: 10.1634/stemcells.2005-0205.
41. Roughley PJ. The structure and function of cartilage proteoglycans. Eur Cell Mater. 2006;12:92-101.
42. Rudert M, Tillmann B. Lymph and blood supply of the human intervertebral disc. Cadaver study of correlations to discitis. Acta Orthop Scand. 1993;64:37-40. DOI: 10.3109/17453679308994524.
43. Sakai D, Mochida J, Iwashina T, Hiyama A, Omi H, Imai M, Nakai T, Ando K, Hotta T. Regenerative effects of transplanting mesenchymal stem cells embedded in atelocollagen to the degenerated intervertebral disc. Biomaterials. 2006;27:335-345. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2005.06.038.
44. Smith M, Ghosh P. The synthesis of hyaluronic acid by human synovial fibroblasts is influenced by the nature of the hyaluronate in the extracellular environment. Rheumatol Int. 1987;7:113-122. DOI: 10.1007/BF00270463.
45. Sobajima S, Vadala G, Shimer A, Kim JS, Gilbertson LG, Kang JD. Feasibility of a stem cell therapy for intervertebral disc degeneration. Spine J. 2008;8:888-896. DOI: 10.1016/j.spinee.2007.09.011.
46. Tam V, Rogers I, Chan D, Leung VY, Cheung KM. A comparison of intravenous and intradiscal delivery of multipotential stem cells on the healing of injured intervertebral disk. J Orthop Res. 2014;32:819-825. DOI: 10.1002/jor.22605.
47. Taylor JR. Growth of human intervertebral discs and vertebral bodies. J Anat. 1975;120:49-68.
48. Urban JG, Holm S, Maroudas A, Nachemson A. Nutrition of the intervertebral disk. An in vivo study of solute transport. Clin Orthop Relat Res. 2007;129:101-114. DOI: 10.1097/00003086-197711000-00012.
49. Urban JG, Holm S, Maroudas A. Diffusion of small solutes into the intervertebral disc: an in vivo study. Biorheology. 2008;15:203-221.
50. Urban JG, Roberts S, Ralphs JR. The nucleus of the interverterbal disc from development to degeneration. Am Zool. 2000;40:53-61. DOI:10.1093/icb/40.1.53.
51. Walsh AJ, Lotz JC. Biological response of the intervertebral disc to dynamic loading. J Biomech. 2004;37:329-337. DOI: 10.1016/s0021-9290(03)00290-2.
52. Zhang YG, Guo X, Xu P, Kang LL, Li J. Bone mesenchymal stem cells transplanted into rabbit intervertebral discs can increase proteoglycans. Clin Orthop Relat Res. 2005;(430):219-226.
53. Zhao CQ, Wang LM, Jiang LS, Dai LY. The cell biology of intervertebral disc aging and degeneration. Ageing Res Rev. 2007;6:247-261. DOI: 10.1016/j.arr.2007.08.001.
Рецензия
Для цитирования:
Бывальцев В.А., Степанов И.А., Бардонова Л.А., Белых Е.Г. ДЕГЕНЕРАЦИЯ МЕЖПОЗВОНКОВОГО ДИСКА И ВОЗМОЖНОСТИ ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ: ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Хирургия позвоночника. 2017;14(1):60-67. https://doi.org/10.14531/ss2017.1.60-67
For citation:
Byvaltsev V.A., Stepanov I.A., Bardonova L.A., Belykh E.G. INTERVERTEBRAL DISC DEGENERATION AND POSSIBILITIES OF TISSUE ENGINEERING: LITERATURE REVIEW. Russian Journal of Spine Surgery (Khirurgiya Pozvonochnika). 2017;14(1):60-67. https://doi.org/10.14531/ss2017.1.60-67
Послать статью по эл. почте 