Применение титанового сплава в качестве носителя для стволовых клеток с целью ускорения регенерации дефекта челюсти в эксперименте

• Автор: Фролова, Екатерина Николаевна
• Шифр специальности: 14.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : 45 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературы. Применение титановых сплавов, заселенных мезенхимальными стромальными клетками для костной пластики в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии

1.1. Стволовые клетки, их свойства и источники

1.2. Взаимоотношения между имплантированной стволовой клеткой и реципиентом

1.3. Применение МСК для повышения интегративных свойств имплантатов при восстановлении костных дефектов

1.4 Носители МСК для тканевой инженерии в стоматологии и

челюстно-лицевой хирургии

1.5. Создание контакта искусственного материала с костью методами

тканевой инженерии

Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Материалы и методы лабораторного исследования
2.2. Материалы и методы экспериментального исследования
2.3 Методика гистоморфометрического исследования
2.4. Статистическая обработка данных
Глава 3. Результаты собственных исследований репаративной регенерации ветви челюсти при применении мезенхимальных стволовых клеток на носителе из титана с разной структурой поверхности
3.1. Состояние поверхности пластин из титанового сплава с разной структурой поверхности и заселенных МСК
3.2. Экспериментально-морфологическое исследование остеостимулирующей эффективности мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, культивированных на поверхности пластин из титана
3.2.1. Результаты исследования на крысах
3.2.2 Результаты исследования на кроликах
3.3. Структурная организация регенерата в экспериментально воспроизведенных дефектах ветви нижней челюсти по данным гистоморфологического и гистоморфометрического изучения
Глава 4. Заключение
Выводы
Практические рекомендации
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Развитие биоматериалов для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии осуществляется параллельно с развитием тканевой инженерии. Среди этих материалов большое разнообразие полимеров, которые исследованы in vitro и in vivo с целью развития технологий для получения носителей мезенхимальных стромальных клеток (МСК), они должны обладать достаточными механическими свойствами, пористостью, биологической стабильностью или разлагаться при введении в организм (Yoshikawa and Myoui, 2005). Среди природных материалов - биоактивных носителей: агароза, альгинат, гиалуроновая кислота, желатин, фибриновый клей, коллаген. Недостаток этих конструкций - механическая нестойкость, серьезно ограничивающая их клиническую ценность. Хотя эти материалы используются, но считается, что они хуже синтетических и гибридных материалов. Синтетические биоматериалы могут быть синтезированы по мере их использования и изготовлены с более или менее стандартными свойствами и чистотой. Например, полигликолевая кислота - давний, хорошо исследованный носитель стволовых клеток, но она деградирует с большей скоростью, чем образуется новая костная ткань (Martin I. et al., 2001; Noth U. et al., 2002; Tuli R. et al., 2004). Сополимер этиленгликоля был использован в качестве носителя МСК (Li W.J. et al., 2005), но он также быстро резорбируется, поэтому не приемлем в качестве носителя для костной ткани. Эта уникальная форма имела сходную микроструктуру с природным коллагеновым фибриллярным матриксом. Но в некоторых ситуациях, например, при заполнении костных и хрящевых дефектов эти носители и их модификации могут быть использованы.
Большое распространение получили гибридные носители из синтетических и природных полимеров, как было показано, они являются эффективным средством для переноса стволовых клеток. Один из
примеров гибридного носителя - полилактид/альгинат, который поддерживает хондроиндуцирующие МСК человека in vitro (Caterson E.J. et al., 2001). Сополимеры полиэтиленгликоля (N-isopropylacrylamide) (PNI-PAAm) и водорастворимый хитозан являются хорошими носителями для хондрогенных MSCs (Cho J.H. et al., 2004). Предложено и множество других вариантов носителей стволовых клеток. Среди них нерезорбируемые полимеры (полиметилметакрилат, полиамид, полиэтилен и др.), физико-механические свойства которых приближаются к свойствам костной ткани (Воложин А.И. и соавт., 2005; 2006; Денисов-Никольский Ю.И. и соавт., 2005; Татаренко-Козмина Т.Ю., 2007). Их можно использовать в качестве имплантатов, которые в последующем не требуется удалять, например, для замещения больших дефектов челюстей и других костей лицевого скелета. Полимеры также не лишены недостатков. Они подвергаются физико-химическому «старению», нередко выделяют токсические вещества. Также известно, что прикрепление и развитие МСК на их поверхности хуже, чем при использовании других носителей - металлов, в первую очередь, титана (Воложин А.И. и соавт., 1998 - 2006). Титан остается наиболее распространенным материалом для изготовления многих изделий медицинского назначения, в первую очередь, в хирургической практике. Его высокая биосовместимость, способность инициировать построение костной ткани и интегрироваться с ней, легко заселяться МСК и другие свойства делают титан пока самым распространенным материалов в стоматологии, травматологии и тканевой инженерии (De Giglio Е. et al., 2001; Boyan B.D.et al., 2002; Feng B. et al., 2003; Kudelska-Mazur D. et al., 2005) и его сплавы (De Giglio E. et al., 2001; Spriano S. et al., 2005; Zreiqat H. et al., 2005; Advincula M.C. et al., 2006). К тому же дентальные имплантаты, все чаще используемые для восстановления целостности зубных рядов, как правило, изготавливаются из титановых сплавов. Опубликовано большое число работ, посвященных роли поверхности титана в проявлении их остеоинтегративных свойств.

фибронектином у остеобластподобных клеток реализуется с участием альфа5-бета1-интегрина (Park В.S., 2005). Витронектин с ковалентно иммобилизированным RGDC-пептидом на поверхности алюминия с нанопорами увеличивает адгезию и фенотипическую экспрессию остеобластов (Swan Е.Е. et al., 2005). В то же время поверхность материала, покрытая только витронектином, не показывала существенного улучшения адгезии клеток по сравнению с контролем.
Модификация коллагеном поверхности покрытых ГА титановых дисков и кальций-фосфатной керамики улучшает адгезию и распластывание фибробластов и остеобласт-подобных клеток через альфа2-бега1-интегрин (Park B.S. 2005; Brodie J.C. et al., 2005).
Апатит-амелогениновое покрытие увеличивает адгезию и распластывание эмбриональных преостеобластов, а также экспрессию коллагена 1 типа, щелочной фосфатазы и остеокальцина по сравнению с клетками, растущими на чистом титане и титане, покрытом апатитом (Du C. et al., 2005).
Покрытие хитозаном и желатиной титановых пленок с использованием техники «layer-by-layer» (Cai K. et al., 2005) увеличивает пролиферацию и жизнеспособность остеобластов при культивировании. Покрытие апатитом, а затем альбумином или ламинином титана (Uchida М. et al., 2005) снижает адгезию тромбоцитов к его поверхности по сравнению с коммерчески чистым титаном с зеркальной поверхностью. Покрытие поверхности титана гиалуроновой кислотой (Harris L.G. et al., 2005) вызывает значительное уменьшение клеточной адгезии, что можно использовать в местах, в которых она не желательна (переломы орбиты глаза, где мышцы не должны прирастать к имплантату или дистального отдела лучевой кости, где сухожилия должны скользить по поверхности имплантата).