CC BY
32
УДК [611.018.4:612.753]-092.18 001 10.53065/kaznmu.2021.89.58.069
М.У. Байдарбеков, А.А. Нурахметов, К.Т. Оспанов, А.С. Кожаков
Национальный научный центр травматологии и ортопедии имени академика Батпенова Н.Д.
Нур-Султан, Казахстан
ЭВОЛЮЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЛЕЧЕНИИ НАРУШЕНИЙ РЕПАРАТИВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ ДЛИННЫХ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ (обзор литературы)
Резюме. В данной статье мы провели обзор литературы по проблеме лечения нарушений репаративной регенерации костной ткани длинных трубчатых костей. Широкий спектр существующих методик оперативного лечения псевдоартрозов длинных трубчатых костей до настоящего времени не решил проблемы регенеративной способности костных структур. Применение открытых хирургических методов связано с дополнительной травматизацией мягких тканей, сосудов поврежденной конечности и возможными осложнениями, что является их недостатком. В развитии клеточных технологий в лечении нарушений репаративной регенерации костной ткани решающую роль сыграло внедрение альтернативных методов замещения дефекта костной ткани для стимуляции регенерации кости, но недостатки различных костно-пластическихматериалов и имплантатов побуждают исследователей к поиску новых методов костной пластики и заменителей костных трансплантатов. В настоящее время основным направлением является разработка и внедрение в практику композитных биоматериалов с остеогенными и остеоиндуктивными свойствами, в состав которых входят стволовые или остеопрогениторные клетки человека, а также факторы роста. В связи с этим, в области тканевой инженерии активно проводятся исследования, направленные на создание остеоиндуктивных биоматериалов нового поколения, основанных на применении костных морфогенетических рекомбинантных белков, которые были одобрены, и в настоящее время уже применяются в клинической практике для восстановления несрастающихся переломов. Однако, несмотря на высокую эффективность рекомбинантных белков, до сих пор существуют некоторые проблемы, связанные с их клиническим применением. В первую очередь, это связано с коротким периодом жизни рекомбинантных белков. Введенные в участок повреждения белки теряют свою биологическую активность за короткий период времени и поэтому для того, чтобы добиться терапевтического эффекта в клинической практике используют большие дозы рекомбинантных белков.
Ключевые слова: псевдоартрозы, трансплантаты, полимеры, костно-пластические материалы, факторы роста, мезенхимальные стволовые клетки.
В настоящее время проблема лечения нарушений репаративной регенерации костной ткани длинных трубчатых костей остается актуальной проблемой в современной травматологии и ортопедии [1, 2]. Согласно современным данным, в структуре последствий травм длинных трубчатых костей дефекты и псевдоартрозы бедренной кости достигают 10,7-30,8% случаев, костей голени - 15-50,6%, плечевой кости - 0,4-30%. Образующиеся при этом анатомо-функциональные нарушения конечности в виде её укорочения и деформации, стойких контрактур смежных суставов и нейротрофических расстройств достигают 11,6-44,9% случаев [3, 4, 5] и являются причиной стойкой инвалидности, удлиняют сроки госпитализации и реабилитации пациентов, что, в свою очередь, приводит к существенной экономической проблеме [6, 7, 8]. Костная ткань обладает высокой способностью восстанавливаться после травмы посредством сложных и строго регулируемых биологических процессов. Хотя в некоторых случаях, таких как обширные резекции костей, вследствие онкопроцессов, остеопороза, остеомаляции, остеомиелита, аваскулярного некроза и атрофического несращения, регенерация кости может быть нарушена [9].
Широкий спектр существующих методик оперативного лечения псевдоартрозов длинных трубчатых костей до настоящего времени не решил проблемы регенеративной способности костных структур в связи с тем, что применение открытых хирургических методов связано с дополнительной травматизацией мягких тканей, сосудов поврежденной конечности и возможными осложнениями, что является их недостатком [10].
В развитии клеточных технологий в лечении нарушений репаративной регенерации костной ткани решающую роль сыграло внедрение альтернативных методов замещения дефекта костной ткани для стимуляции регенерации кости. Пораженные кости могут быть восстановлены до нормальных с использованием аутотрансплантатов, аллотрансплантатов или ксенотрансплантатов [11]. Аутологичные трансплантаты являются «золотым стандартом» (Cypher and Grossman, 1996) в процессе регенерации кости благодаря биосовместимости, а также остеоиндуктивным и остеокондуктивным свойствам. Однако аутотрансплантаты по-прежнему демонстрируют некоторые недостатки,
обусловленные ограниченным количеством кости, доступной для трансплантации, и травматичностью при заборе трансплантата.
Аллотрансплантаты и ксенотрансплантаты являются альтернативой костным трансплантатам, поскольку они сходны с костной тканью человека и не требуют забора трансплантата у пациента [12]. Недостатками аллотрансплантатов является то, что в процессах их очистки часто используются химические реагенты, агрессивные для костной ткани [13]. Несмотря на существующие различные процессы для очистки аллогенной кости, обеспечивающие безопасность для аллотрансплантации, сохраняется риск развитие иммунной реакции и передачи заболеваний. Ксенотрансплантатом являются кости животного происхождения, чаще всего ксенотрансплантаты крупного рогатого скота, лошадей и свиней. Согласно исследованиям, трансплантаты губчатой кости коровьего происхождения являются ближайшим ксенотрансплантатом к кости человека, подлежащей регенерации, уступая только аутотрансплантатам [14, 15, 16, 17].
Однако алло- и ксенотрансплантаты имеют недостатки, такие как высокая стоимость, риск инфицирования или иммунные реакции [18, 19]. Кроме того, процессы очистки и стерилизации исходного сырья животного происхождения приводят к ухудшению как механических, так и биологических характеристик [20, 21, 22, 23].
Помимо вышеперечисленных биотрансплантатов в современной травматологии и ортопедии применяют другие различные имплантаты.
Пористые имплантаты обладают хорошей биосовместимостью с костной тканью человека [24, 25]. Но недостатком их применения является проблема необходимости стимулирования и доставки факторов роста к поврежденному участку [26]. Синтетические полимеры также служат перспективным материалом для стимуляции костной ткани благодаря их биомеханическим и биоразлагаемым свойствам. Наиболее изученными синтетическими полимерами для регенерации костной ткани являются алифатические полиэфиры, такие как полимолочная кислота, поликапролактон и полигликолевая кислота и их производные. Другие синтетические полимеры включают в себя полиметилметакрилат, поли-е-капролактон,
полигидроксибутират, полиэтилен, полипропилен, полиуретан. Эти полимеры разлагаются в результате гидролиза in vivo и имеют преимущество, заключающееся в том, что они легко подгоняются под различные формы в соответствии с механическими требованиями к конкретной обрабатываемого дефекта кости [27, 28, 29]. Однако синтетические полимеры имеют такие недостатки, как процесс биоразлагаемости материала, что снижает их механическую прочность in vivo. Некоторые полимеры, такие как полипропиленфумарат, продемонстрировали высокую устойчивость к компрессии, однако их абсорбция приводит к высвобождению токсичных кислотных соединений [30].
В современной литературе описывают также применение натуральных полимеров в стимуляции костной ткани человека, обеспечивающих дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток в остеобласты. Их преимущество заключается в сходстве с нативным внеклеточным матриксом благодаря остеоиндуктивным свойствам и биосовместимости. По химическому составу натуральные полимеры делят на белки (коллаген, желатин, фибриноген, эластин) и полисахариды (гликозаминогликаны, целлюлоза, амилоза) [31, 32]. Было предложено несколько путей изготовления природных полимерных материалов: они могут быть получены клетками, которые индуцируются для образования нативного внеклеточного матрикса, или непосредственно получены из децеллюляризованной костной ткани [33]. Однако механические свойства и биоразлагаемость натуральных полимеров уступают в сравнении с синтетическими полимерами [34]. С целью снижения токсического действия лекарственного средства и расширения его активности применяют деацетилированное производное хитина (хитозан) в качестве носителя для доставки лекарственных препаратов, способный усиливать абсорбцию гидрофобных
макромолекулярных препаратов благодаря его мукоадгезивной катионной природе [35]. Чаще используют модифицированный хитозин, сравнимый по структуре с гепарином, который может
благоприятно связываться с основными аминокислотами BMP-2 (Bone Morphogenetic Proteins). Улучшая замедленное высвобождение, это взаимодействие может повысить биологическую активность BMP-2 для регенерации костной ткани [36].
Неорганические имплантаты делят на металлические и керамические. В свою очередь, металлические имплантаты представлены кремниевыми, золотыми и бриллиантовыми наночастицами. Кремниевые наночастицы обладают пористой структурой, благодаря которой ускоряется высвобождение лекарственного средства путем повышения устойчивости к диффузии лекарственного средства. Данные наночастицы способны доставлять противоопухолевые препараты целевым образом и высвобождать их по требованию, чтобы увеличить их клеточное поглощение без какого-либо преждевременного высвобождения [37]. Они могут ускорить формирование костной ткани путем повышения активности остеобластов и уменьшать резорбцию костной ткани путем снижения активности остеокластов; по этой причине они все еще являются отличным вариантом для лечения остеопороза [38]. Золотые наночастицы подходят для контролируемой доставки лекарственных препаратов, лечения и диагностики онкопроцессов [39]. Данные наночастицы могут подавлять образование остеокластов, функцию промотора остеокластогенеза и снижать уровень активных форм кислорода [40]. Золотые наночастицы также могут использоваться для транспортировки наркотических препаратов. Чтобы вызвать остеогенную дифференцировку, они способны обеспечить механическое напряжение на мембранах мезенхимальных стволовых клеток, чтобы активировать митоген-активируемые протеинкиназы [41, 42]. Алмазные наночастицы представляют собой октаэдрические наноразмерные углеродные имплантаты, которые являются внутриклеточными носителями биоактивных соединений благодаря своим свойствам, таким как: биосовместимость, малые размеры и химическое взаимодействие с большой поверхностью [43]. Предполагается, что данные наночастицы играют положительную роль в пролиферации и дифференцировке остеобластов [44]. Керамические имплантаты ценны в регенерации костной ткани, так как она содержит неорганический внеклеточный матрикс, состоящим из почти 70% гидроксиапатита и 30% коллагена [45]. Наночастицы фосфата кальция обладают превосходной биосовместимостью, биоразлагаемостью и сходством по структуре с неорганическим составом минералов кости [46]. Наиболее исследованными наночастицами фосфата кальция являются гидроксиапатит, бета-трикальцийфосфат и двухфазный фосфат кальция [47]. Данные наночастицы способны интегрировать в костную ткань и стимулировать дифференцировку остеобластов, рост остеобластов и отложение неорганического матрикса. Однако клиническое применение наночастиц фосфата кальция ограничено их хрупкостью, нерегулярной скоростью абсорбции и общими плохими клиническими результатами. Таким образом, новая костная ткань, сформированная в керамическом каркасе, не может выдержать механическую нагрузку так же, как и натуральная кость. Совсем недавно было доказано, что легирование каркаса фосфата кальция различными соединениями может улучшить механическую
стойкость, биосовместимость и скорость абсорбции [48, 49].
Недостатки различных костно-пластических материалов и имплантатов побуждают исследователей к поиску новых методов костной пластики и заменителей костных трансплантатов. В настоящее время основным направлением является разработка и внедрение в практику композитных биоматериалов с остеогеными и остеоиндуктивными свойствами, в состав которых входят стволовые или остеопрогениторные клетки человека, а также факторы роста [50]. В связи с этим, в области тканевой инженерии активно проводятся исследования, направленные на создание остеоиндуктивных биоматериалов нового поколения, основанных на применении костных морфогенетических рекомбинантных белков, которые были одобрены (Food and Drug Administration) FDA и в настоящее время уже применяются в клинической практике для восстановления несрастающихся переломов. BMP являются одним из ключевых факторов в реконструкции и восстановлении поврежденной костной ткани. Было показано, что они обладают мощными остеоиндукторными эффектами и способны стимулировать образование новой костной ткани за счет дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток в остеобласты [52]. Однако, несмотря на высокую эффективность рекомбинантных BMP, до сих пор существуют некоторые проблемы, связанные с их клиническим применением. В первую очередь, это связано с коротким периодом жизни BMP. Введенные в участок повреждения белки теряют свою биологическую активность за короткий период времени и поэтому для того, чтобы добиться терапевтического эффекта в клинической практике используют большие дозы рекомбинантных BMP [53]. Например, эффективной дозой для регенерации кости является 1,5 мг/мл дефекта, что в 4-5 раз выше величины эндогенной дозы. Такие высокие дозы рекомбинантных BMP могут диффундировать из участка повреждения и вызывать побочные эффекты, включающие патологическое перерастание костной ткани и иммунный ответ [54]. Для того, чтобы избежать эти проблемы существует необходимость в разработке транспортных систем доставки с контролируемым высвобождением остеоиндуктивных факторов роста в область повреждения кости. Несмотря на ряд разработанных систем доставки на полимерной основе для лечения дефектов костей, лишь немногие из них дошел до клинического применения. В настоящее время существует несколько коммерческих перевозчиков для доставки остеоиндуктивных факторов роста, такие как OP-1, INFUSE®, InductOS® и AUGMENT® [55]. Ряд проспективных, рандомизированных,
многоцентровых исследованиях показали, что OP-1 безопасен, эффективен и ускоряет регенерацию костной ткани при лечения открытых переломов большеберцовой кости [56,57]. В результате многочисленных клинических испытаниях с 2002 по 2017 годы по оценке безопасности, эффективности и дозозависимых эффектов имплантации INFUSE® при межтелевом спондилодезе с использованием рекомбинантного BMP-2 и коллагеновой губки имели значительно более высокую частоту сращения по сравнению с пациентами без рекомбинантного BMP-2 [58].
В исследованиях Triplett, R.G et. all 2009 г использования рекомбинантного BMP-2 и коллагеновой губки для пластики гайморовой пазухи по сравнению с аутогенным костным трансплантатом у 160 пациентов были отмечены эффективность и ускорение регенерации костной ткани, а также снизилось число осложнений, таких как длительные парестезии и боль в области забора трансплантата [59]. Кроме того, применение рекомбинантного BMP-2 и коллагеновой губки двух доз (1,5 мг/мл) у 80 пациентов было отмечено увеличение костной ткани в альвеолярном отростке. [60].
Как и BMP, фактор роста тромбоцитов также играет важную роль в регенерации костной ткани [61]. Проведенные клинические исследования показали, что инъекционный костный трансплантат (Augment®, Wright Medical Technologies) эффективен при атродезе голеностопного сустава [62, 63], значительно сокращает время сращения (14,3-8,9 недель) по сравнению с аутотрансплантатом (19,711,5 недель). Хорошие клинические результаты достигали 91%.
Таким образом, существующие доступные системы доставки на полимерной основе для ускорения регенерации костной ткани продемонстрировали хорошую терапевтическую эффективность в различных клинических применениях. Вывод
Нарушения репаративной регенерации костной ткани длинных трубчатых костей остается актуальной проблемой и требует совершенствования методов лечения. Аутотрансплантаты, алло и ксенотрансплантаты являются текущими стандартами лечения, но эти подходы все еще демонстрируют некоторые недостатки, такие как ограниченная доступность костной ткани для трансплантации или иммунные реакции. Современные пластические материалы были изучены в исследованиях как in vitro, так и in vivo, демонстрируя многообещающие результаты с точки зрения биосовместимости и биомеханических свойств. Кроме того, имплантаты для восстановления костей показали обнадеживающие результаты в сочетании с лекарственными средствами, факторами роста и мезенхимальными стволовыми клетками, которые могут взаимодействовать, облегчая отложение и минерализацию костной ткани. Особое место среди различных подходов к доставке лекарств занимают методы с встроенными нано- и микрочастицы, содержащие лекарства или биологически активные вещества. Эти инновационные системы доставки лекарств имеют ряд преимуществ, которые отличают их от других системы. Кроме того, использование нано- и микрочастиц позволяет повысить эффективность и контролируемое высвобождение лекарственного средства из кожи с течением времени в соответствующих терапевтических концентрациях. Эти контролируемые системы доставки лекарств способны эффективно стимулировать остеогенез и ускорять регенерацию костей без значительных побочных эффектов. Однако, несмотря на многообещающие результаты доклинических исследований, внедрению разработанных систем доставки лекарств необходимы дополнительные клинические испытания.
Вклад авторов. Все авторы принимали равносильное участие при написании данной статьи.
Конфликт интересов - не заявлен. Данный материал не был заявлен ранее, для публикации в других изданиях и не находится на рассмотрении другими издательствами.
При проведении данной работы не было финансирования сторонними организациями и медицинскими представительствами. Финансирование - не проводилось.
СПИСОК
1 Olshansky S.J., Passaro D.J., Hershow R.C., Layden J., Carnes B.A., Brody J., Hayflick L., Butler R.N., Allison D.B., Ludwig D.S. A potential decline in life expectancy in the united states in the 21st century. N. Engl. J. Med. 2005, 352, 1138-1145. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
2 Carrington J.L. Aging bone and cartilage: Cross-cutting issues. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, 328, 700708. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
3 Tzioupis C., Giannoudis P.V. (2007). Prevalence of long-bone non-unions. Injury 38:S3. 10.1016/j.injury.2007.02.005 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
4 Gómez-Barrena E., Rosset P., Lozano D., Stanovici J., Ermthaller C., Gerbhard F. (2015). Bone fracture healing: cell therapy in delayed unions and nonunions. Bone 70, 93-101. 10.1016/j.bone.2014.07.033 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
5 Ekegren C. L., Edwards E. R., de Steiger R., Gabbe B. J. (2018). Incidence, costs and predictors of non-union, delayed union and mal-union following long bone fracture. Int. J. Environ. Res. Public Health 15:E2845. 10.3390/ijerph15122845 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
6 Борзунов Д.Ю. Несвободная костная пластика по Г.А. Илизарову в проблеме реабилитации больных с дефектами и ложными суставами длинных костей // Гений ортопедии. 2011. № 1. С. 26-31.
7 Gruber R., Koch H., Doll B.A., Tegtmeier F., Einhorn T.A., Hollinger J.O. (2006). Fracture healing in the elderly patient. Exp. Gerontol. 41, 1080-1093. 10.1016/j.exger.2006.09.008 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
8 Borrelli J., Pape C., Hak D., Hsu J., Lin S., Giannoudis P., et al. . (2012). Physiological challenges of bone repair. J. Orthop. Trauma 26, 708-711. 10.1097/B0T.0b013e318274da8b [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
9 Gao, C.; Deng, Y.; Feng, P.; Mao, Z.; Li, P.; Yang, B.; Deng, J.; Cao, Y.; Shuai C., Peng S. Current progress in bioactive ceramic scaffolds for bone repair and regeneration. Int. J. Mol. Sci. 2014, 15, 4714-4732. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
10 Barabash A.P., Barabash Y.A., Balayan V.D., Tishkov N.V., Kauts O.A., Grazhdanin K.A. Treatment of leg false joints by means of transosseous fixation with remote stimulation of regenerative process. Journal Politrauma № 4 (12)2012 R 19-29.
11 Rasch A., Naujokat H., Wang F., Seekamp A., Fuchs S., Klüter T. (2019). Evaluation of bone allograft processing methods: impact on decellularization efficacy, biocompatibility and mesenchymal stem cell functionality. PLoS One 14:e0218404. 10.1371/journal.pone.0218404 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
12 Delloye C., Cornu O., Druez V., Barbier O. (2007). Bone allografts: what they can offer and what they cannot. J. Bone Joint Surg. Br. 89 574-579. 10.1302/0301-620X.89B5.19039 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
13 Dumas A., Gaudin-Audrain,C., Mabilleau G., Massin P., Hubert L., Basle M.F., Chappard D. The influence of processes for the purification of human bone allografts on the matrix surface and cytocompatibility. Biomaterials
2006, 27, 4204-4211. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
14 Athanasiou V.T., Papachristou D.J., Panagopoulos A., Saridis A., Scopa C.D., Megas P. Histological comparison of autograft, allograft-dbm, xenograft, and synthetic grafts in a trabecular bone defect: An experimental study in rabbits. Med. Sci. Monit. 2010, 16, 24-31. [Google Scholar]
15 Datta A., Gheduzzi S., Miles A.W. A comparison of the viscoelastic properties of bone grafts. Clin. Biomech. 2006, 21, 761-766. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
16 Capanna V., Milano G., Pagano E., Barba M., Cicione C., Salonna G., Lattanzi W., Logroscino G. Bone substitutes in orthopaedic surgery: From basic science to clinical practice. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2014, 25, 2445-2461. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
17 Knofler W., Barth T., Graul R., Krampe D. Retrospective analysis of 10,000 implants from insertion up to 20 years-analysis of implantations using augmentative procedures. Int. J. Implant Dent. 2016, 2. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
18 Ferracini R., Martinez Herreros I., Russo A., Casalini T., Rossi F., Perale G. (2018). Scaffolds as structural tools for bone-targeted drug delivery. Pharmaceutics 10:E122. 10.3390/pharmaceutics10030122 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
19 Ho-Shui-Ling A., Bolander J., Rustom L. E., Johnson A. W., Luyten F. P., Picart C. (2018). Bone regeneration strategies: engineered scaffolds, bioactive molecules and stem cells current stage and future perspectives. Biomaterials 180 143-162. 10.1016/j.biomaterials.2018.07.017 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
20 Ceccarelli G., Presta R., Benedetti L., Gabriella M., De Angelis C., Marco Lupi S., Rodriguez y Baena R. Emerging perspectives in scaffold for tissue engineering in oral surgery. Stem. Cells Int. 2017. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
21 Cola^o H.B., Shah Z., Back D., Davies A., Ajuied A. Xenograft in orthopaedics. Orthop. Trauma 2015, 29, 253260. [Google Scholar] [CrossRef]
22 Pertici G., Rossi F., Casalini T., Perale G. Composite polymer-coated mineral grafts for bone regeneration: Material characterisation and model study. Ann. Oral Maxillofac. Surg. 2014, 2, 4. [Google Scholar]
23 Stacchi C., Lombardi T., Perinetti G., Traini T. New bone formation after transcrestal sinus floor elevation was influenced by sinus cavity dimensions: A prospective histologic and histomorphometric study. Clin. Oral. Implants Res. 2018, 29, 465-479. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
24 Murphy C.M., Haugh M.G., O'Brien, F.J. The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials 2010, 31, 461-466. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
25 Tu J., Wang H., Li H., Dai K., Wang J., Zhang, X. The in vivo bone formation by mesenchymal stem cells in zein scaffolds. Biomaterials 2009, 30, 4369-4376. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
26 Gu W., Wu C., Chen J., Xiao Y. Nanotechnology in the targeted drug delivery for bone diseases and bone
regeneration. Int. J. Nanomed. 2013, 8, 2305-2317. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
27 Ali Akbari Ghavimi S., Ebrahimzadeh M.H., Solati-Hashjin M., Abu Osman N.A. Polycaprolactone/starch composite: Fabrication, structure, properties, and applications. J. Biomed. Mater. Res. A 2015, 103, 24822498. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
28 Athanasiou K.A., Agrawal C.M., Barber F.A., Burkhart S.S. Orthopaedic applications for pla-pga biodegradable polymers. Arthroscopy 1998, 14, 726-737. [Google Scholar] [CrossRef]
29 Ghassemi T., Shahroodi A., Ebrahimzadeh M.H., Mousavian A., Movaffagh J.; Moradi A. Current concepts in scaffolding for bone tissue engineering. Arch. Bone Jt. Surg. 2018, 6, 90-99. [Google Scholar] [PubMed]
30 Yan J., Li J., Runge M.B., Dadsetan M., Chen Q., Lu L., Yaszemski M.J. Cross-linking characteristics and mechanical properties of an injectable biomaterial composed of polypropylene fumarate and polycaprolactone co-polymer. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 2011, 22, 489-504. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
31 Ghassemi T., Shahroodi A., Ebrahimzadeh M.H., Mousavian A., Movaffagh J., Moradi A. Current concepts in scaffolding for bone tissue engineering. Arch. Bone Jt. Surg. 2018, 6, 90-99. [Google Scholar] [PubMed]
32 Moradi A., Ataollahi F., Sayar K., Pramanik S., Chong P.P., Khalil A.A., Kamarul T., Pingguan-Murphy B. Chondrogenic potential of physically treated bovine cartilage matrix derived porous scaffolds on human dermal fibroblast cells. J. Biomed. Mater. Res. A 2016, 104, 245-256. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
33 Pei M., Li J.T., Shoukry M., Zhang Y. A review of decellularized stem cell matrix: A novel cell expansion system for cartilage tissue engineering. Eur. Cell Mater. 2011, 22, 333-343. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
34 Yarlagadda P.K., Chandrasekharan M., Shyan J.Y. Recent advances and current developments in tissue scaffolding. Biomed. Mater. Eng. 2005, 15, 159-177. [Google Scholar] [PubMed]
35 Russo E., Gaglianone N., Baldassari S., Parodi B., Cafaggi S., Zibana C., Donalisio M., Cagno V., Lembo D., Caviglioli G. Preparation, characterization and in vitro antiviral activity evaluation of foscarnet-chitosan nanoparticles. Colloids Surf. B Biointerfaces 2014, 118, 117-125. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
36 Cao L., Werkmeister J.A., Wang J., Glattauer V., McLean K.M., Liu C. Bone regeneration using photocrosslinked hydrogel incorporating rhbmp-2 loaded 2-n, 6-o-sulfated chitosan nanoparticles. Biomaterials 2014, 35, 2730-2742. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
37 Wang Y., Zhao Q., Han N., Bai L., Li J., Liu J., Che E., Hu L., Zhang Q., Jiang T., et al. Mesoporous silica nanoparticles in drug delivery and biomedical applications. Nanomedicine 2015, 11, 313-327. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
38 Cheng H., Chawla A., Yang Y., Li Y., Zhang J., Jang H.L., Khademhosseini, A. Development of nanomaterials for bone-targeted drug delivery. Drug Discov. Today 2017, 22, 1336-1350. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
39 Cabuzu D., Cirja A., Puiu R., Grumezescu A.M. Biomedical applications of gold nanoparticles. Curr. Top. Med. Chem. 2015, 15, 1605-1613. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
40 Sul O.J., Kim J.C., Kyung T.W., Kim H.J., Kim Y.Y., Kim S.H., Kim J.S., Choi H.S. Gold nanoparticles inhibited the receptor activator of nuclear factor-kappab ligand (rankl)-induced osteoclast formation by acting as an antioxidant. Biosci. Biotechnol. Biochem. 2010, 74, 2209-2213. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
41 Ghosh P., Han G., De M., Kim C.K., Rotello V.M. Gold nanoparticles in delivery applications. Adv. Drug Deliv. Rev. 2008, 60, 1307-1315. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
42 Yi C., Liu D., Fong C.C., Zhang J., Yang M. Gold nanoparticles promote osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells through p38 mapk pathway. ACS Nano 2010, 4, 6439-6448. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
43 Cheng H., Chawla A., Yang Y., Li Y., Zhang J., Jang H.L., Khademhosseini A. Development of nanomaterials for bone-targeted drug delivery. Drug Discov. Today 2017, 22, 1336-1350. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
44 Zhang Q., Mochalin V.N., Neitzel I., Knoke I.Y., Han J., Klug C.A., Zhou J.G., Lelkes P.I., Gogotsi Y. Fluorescent plla-nanodiamond composites for bone tissue engineering. Biomaterials 2011, 32, 87-94. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
45 Biltz R.M., Pellegrino E.D. The chemical anatomy of bone. I. A comparative study of bone composition in sixteen vertebrates. J. Bone Jt. Surg. Am. 1969, 51, 456466. [Google Scholar] [CrossRef]
46 Bose S., Tarafder S. Calcium phosphate ceramic systems in growth factor and drug delivery for bone tissue engineering: A review. Acta Biomater. 2012, 8, 1401-1421. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]
47 Ambre A.H., Katti D.R., Katti K.S. Biomineralized hydroxyapatite nanoclay composite scaffolds with polycaprolactone for stem cell-based bone tissue engineering. J. Biomed. Mater. Res. A 2015, 103, 20772101. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
48 Fielding G.A., Bandyopadhyay A., Bose S. Effects of silica and zinc oxide doping on mechanical and biological properties of 3d printed tricalcium phosphate tissue engineering scaffolds. Dent. Mater. 2012, 28, 113-122. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
49 Alves C.D., Jansen J.A., Leeuwenburgh S.C. Synthesis and application of nanostructured calcium phosphate ceramics for bone regeneration. J. Biomed. Mater. Res. B 2012, 100, 2316-2326. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
50 Oryan A., Alidadi S., Moshiri A., Maffulli N. Bone regenerative medicine: classic options, novel strategies, and future directions // J Orthop Surg Res. - 2014. - Vol. 9. - № 1 - P. 18.
51 Granjeiro J.M., Oliveira R.C., Bustos-Valenzuela J.C., Sogayar M.C., Taga R. Bone morphogenetic proteins: from structure to clinical use // Braz J Med Biol Res. -2005. - № 10. - P. 1463-73.
52 Gautschi O.P., Frey S.P., Sonke P., Zellweger R., Fracs F. Bone morphogenetic proteins in clinical applications // ANZ J Surg. - 2007. - Vol. 77. - № 8. - P. 626-31.
53 Carter T.G., Brar P.S., Tolas A., Beirne O.R. Off-label use of recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) for reconstruction of mandibular bone defects in humans // J Oral Maxillofac Surg. - 2008. - Vol. 66. - № 7. - P. 1417-25.
54 McKay B., Sandhu, H.S. Use of recombinant human bone morphogenetic protein-2 in spinal fusion applications // Spine. - 2002. - Vol. 27. - № 16 (Suppl 1). - P. S66-85.
55 El Bialy I., Jiskoot W., R. Nejadnik M. Formulation, Delivery and Stability of Bone Morphogenetic Proteins for E_ective Bone Regeneration. Pharm. Res. 2017, 34, 11521170. [CrossRef]
56 White A.P., Vaccaro A.R., Hall J.A., Whang P.G., Friel B.C., McKee M.D. Clinical applications of BMP-7/OP-1 in fractures, nonunions and spinal fusion. Int. Orthop. 2007, 31, 735-741. [CrossRef] [PubMed]
57 Ristiniemi J., Flinkkila T., Hyvonen P., Lakovaara M., Pakarinen H., Jalovaara P. RhBMP-7 accelerates the healing in distal tibial fractures treated by external fixation. J. Bone Jt. Surg. Br. Vol. 2007, 89, 265-272. [CrossRef]
58 Wen Y.D., Jiang W.M., Yang H.L., Shi J.H. Exploratory meta-analysis on dose-related ecacy and complications of rhBMP-2 in anterior cervical discectomy and fusion: 1,539,021 cases from 2003 to 2017 studies. J. Orthop. Transl. 2020, 24, 166-174. [CrossRef] [PubMed]
59 Triplett R.G., Nevins M., Marx R.E., Spagnoli D.B., Oates T.W., Moy P.K., Boyne P.J. Pivotal, Randomized, parallel evaluation of recombinant human bone morphogenetic protein-2/absorbable collagen sponge and autogenous bone graft for maxillary sinus floor augmentation. J. Oral Maxillofac. Surg. O_. J. Am. Assoc.
60 Oral Maxillofac. Surg. 2009, 67, 1947-1960. [CrossRef] [PubMed]
61 Fiorellini J.P., Howell T.H., Cochran D., Malmquist J., Lilly L.C., Spagnoli D., Toljanic J., Jones A., Nevins M. Randomized study evaluating recombinant human bone morphogenetic protein-2 for extraction socket augmentation. J. Periodontol. 2005, 76, 605-613. [CrossRef]
62 Hollinger J.O., Hart C.E., Hirsch S.N., Lynch S., Friedlaender G.E. Recombinant human platelet-derived growth factor: Biology and clinical applications. J. Bone Jt. Surg. Am. Vol. 2008, 90 (Suppl. 1), 48-54. [CrossRef]
63 Min S.H., Kang N.E., Song S.I., Lee J.K. Regenerative e_ect of recombinant human bone morphogenetic protein-2/absorbable collagen sponge (rhBMP-2/ACS) after sequestrectomy of medication-related osteonecrosis of the jaw (MRONJ). J. Korean Assoc.Oral Maxillofac. Surg. 2020, 46, 191-196. [CrossRef] [PubMed]
M.U. Baidarbekov, A.A. Nurakhmetov, K.E. Ospanov, A.S. Kozhakov
National Scientific Center of Traumatology and Orthopedics named after academician N.D. Batpenov
Nur-Sultan, Kazakhstan
CELLULAR TECHNOLOGIES EVOLUTION IN THE TREATMENT OF REPARATIVE REGENERATION DISORDERS OF BONE
TISSUE IN LONG TUBULAR BONES (LITERATURE REVIEW)
Resume: In this article, we reviewed literature on the treatment of bone repair disorders in the long tubular bones. A wide range of existing methods of long tubular bones pseudarthrosis surgical treatment has not yet solved the problem of the regenerative capacity of bone structures. The use of open surgical methods is associated with additional trauma to the soft tissues, vessels of the injured limb and possible complications, which is their disadvantage. The introduction of alternative methods of bone tissue defect replacement to stimulate bone regeneration played a decisive role in the development of cellular technologies in the treatment of disorders of reparative bone tissue regeneration, but the shortcomings of various osteoplastic materials and implants prompt researchers to search for new methods of bone grafting and bone transplant substitutes. Currently, the main direction is the development and implementation into practice of composite biomaterials with osteogenic and osteoinductive properties, which
include human stem or osteoprogenitor cells, as well as growth factors. In this regard, in the field of tissue engineering, research is being actively pursued to create a new generation of osteoinductive biomaterials based on the use of bone morphogenetic recombinant proteins, which have been approved and are currently already being used in clinical practice for the restoration of nonuniting fractures. However, despite the high efficacy of recombinant proteins, there are still some clinical problems associated with their use. This is primarily due to the short lifetime of recombinant proteins. The proteins introduced into the site of injury lose their biological activity in a short period of time, and therefore, in order to achieve a therapeutic effect in clinical practice, large doses of recombinant proteins are used. Key words: pseudoarthrosis, transplants, polymers, osteoplastic materials, growth factors, mesenchymal stem cells.
М.У. Байдарбеков, А.А. Нурахметов, К.Т. Оспанов, А.С. Кожаков
Академик Н.Д.Батпенов атындагы травматология жэне ортопедия улттыц гылыми орталыгы.
Нур-Султан, Цазацстан
¥ЗЫН К¥БЫРЛЫ СYЙЕКТЕРДЩ СYЙЕК Т1НШ1Н, РЕПАРАТИВТ1 РЕГЕНЕРАЦИЯСЫНЫН, Б¥ЗЫЛУЫН ЕМДЕУДЕГ1
ЖАСУШАЛЬЩ ТЕХНОЛОГИЯЛАРДЫН ЭВОЛЮЦИЯСЫ (ШОЛУ ЭДЕБИЕТ)
Тушн. Бул мацалада 6i3 узын цубырлы суйектердщ суйек ттдерт цалпына келтiрудщ бузылуын емдеу туралы эдебиеттерге шолу жасадыц. ¥зын цубырлы суйектердщ псевдоартрозын хирургиялыц емдеудщ кец спектрi осыуацытца дешн суйек цурылымдарыныщ цалпына келу цабыетт шешпедь Ашыц хирургиялыц эдiстердi цолдану жумсац ттдердщ, зацымдалган аяцтыщ тамырларынъщ цосымша жарацаттануымен жэне мумкт болатын асцынулармен байланысты, бул олардыщ жеткпеушшгь Суйек тттщ репаративтi регенерациясыныщ бузылыстарын емдеуде жасушалыц технологиялардыщ дамуында суйек регенерациясын ынталандыру ушт суйек тттщ ацауын ауыстырудыщ балама эдктерт енгiзу шешушi рвл атцарды, бiрац эртyрлi суйек-пластикалыц материалдар мен имплантаттардыщ кемшiлiктерi зерттеушiлердi
суйек пластикасы мен суйек трансплантаттарыныщ алмастыргыштарыныщ жаща эдктерт iздеуге итермелейдь ^азiргiуацытта негiзгi багыт цурамына адамныщ баганалыц немесе остеопрогениторлыц жасушалары, сондай-ац всу факторлары юретт остеогендж жэне остеоиндуктивтi цасиеттерi бар композиттi биоматериалдарды эзiрлеу жэне практикага енгiзу болып табылады. Осыган байланысты, ттдк инженерия саласында суйек морфогенетикалыц рекомбинантты ацуыздарды цолдануга негiзделген жаща буынныщ остеоиндуктивтi биоматериалдарын жасауга багытталган зерттеулер белсендi жyргiзiлуде жэне цазiргi уацытта клиникалыц тэжiрибеде вст кетпейтт сыныцтарды цалпына келтiру ушт цолданылады. Алайда, рекомбинантты ацуыздардыщ
жогары тишдытне царамастан, оларды клиникалыц цолданумен байланысты Keu6ip мэселелер элi де бар. Бiрiншiден, бул рекомбинантты акуыздардыц цысца eMip суру кезещмен байланысты. Зацымдану аймагына e^i3imeH акуыздар цысца уацыт штде биологиялыц белсендшгт жогалтады, сондыцтан клиникалыц
тэжiрибеде терапевтк эсерге цол жетюзу ушш рекомбинантты акуыздардыц улкен дозалары цолданылады.
Tyurndi свздер: псевдоартроз, трансплантаттар, полимерлер, суйек-пластикалыц материалдар, есу факторлары, мезенхималыц баганалы жасушалар.
Контактные данные
Байдарбеков М.У - PhD, заведующий отделением травматологии №1, Национальный научный центр травматологии и ортопедии имени академика Батпенова Н.Д. г. Нур - Султан. [email protected] моб тел: 8 747 555 02 1 7. Нурахметов А.А. - ординатор отделения ортопедии №2, Национальный научный центр травматологии и ортопедии имени академика Батпенова Н.Д.
Оспанов К.Т. - к.м.н., доцент, руководитель центра научных прикладных исследований, Национальный научный центр травматологии и ортопедии имени академика Батпенова Н.Д.
Кожаков А.С. - врач ординатор отделения лучевой диагностики, Национальный научный центр травматологии и ортопедии имени академика Батпенова Н.Д.
