CC BY
45
УДК 576.524: 576.08: 611.71:616.71 -001.58: 616.71 -003.85: 616.71 -003.93 DOI: 10.17802/2306-1278-2017-6-4-95-102
ОСОБЕННОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ ТЕЛ ПОЗВОНКОВ НА ОСНОВЕ ОСТЕОТРАНСПЛАНТАТА В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
А.М. ЗАЙДМАН1, Ю.А. ПРЕДЕИН1, A.B. КОРЕЛЬ1, Е.И. ЩЕЛКУНОВА1, Е.И. СТРОКОВА1, А.Д. ЛАСТЕВСКИЙГ, В.В. РЕРИХ12, А.И. ШЕВЧЕНКО3
1 ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России, Новосибирск, Россия
2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Россия
3 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, Россия
Резюме
Цель. На экспериментальной модели артифи-циального дефекта тела позвонка мини-поросенка исследованы остеогенные потенции трехмерного остеотрансплантата. Остеотрансплантат состоит из клеток остеогенного ряда, матрикса, содержащего костные белки, минеральные компоненты, ферменты и сосуды с эндотелиальной выстилкой. Структурная композиция остетрансплантата является аналогом эмбриональной костной ткани, что явилось основанием для исследования регенераторных потенций остеотрансплантата в эксперименте.
Материалы и методы. В дефект тела поясничного позвонка мини-поросенка (6 месяцев) имплантировали остеотрансплантат. Животных выводили из эксперимента в сроки от 14 дней до 6 месяцев. В контрольной серии в подобный дефект имплантировали аутокость. Препараты исследова-
ли морфологическими методами, плотность костной ткани оценивали методом МСКТ.
Результаты. Регенерация и интеграция костной ткани тела позвонка при замещении остеотрансплантатом происходит первичным ангиогенным остеогенезом за счет структурных компонентов остеотрансплантата в течение одного месяца. Регенерация и интеграция костной ткани тела позвонка при замещении аутотран-сплантатом происходит за счет структурных компонентов реципиента в течение шести месяцев.
Выводы. Формирование общего кровотока трансплантата и сосудов реципиента является фактором интеграции трансплантантата в гомеостати-ческую систему реципиента и патогенетическим механизмом оптимизации регенерации дефекта костной ткани на основе трансплантата.
Ключевые слова: трехмерный остеотрансплантат, трансдифференцировка, остеогенез, регенерация.
Для цитирования: ЗайдманА.М., Предеин Ю.А., КорельА.В., Щелкунова Е.И., Строкова Е.И., ЛастевскийА.Д., Рерих В.В., Шевченко А.И. Особенности регенерации костной ткани тел позвонков на основе остеотрансплантата в эксперименте. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2017;6(4):95-102. ООГ.Ю.17802/2306-1278-2017-6-4-95-102
ш-
CHARACTERISTICS OF BONE TISSUE REGENERATION IN THE VERTEBRAL BODIES IN THE EXPERIMENT WITH OSTEOGRAFT
A.M. ZAYDMAN1, YU.A. PREDEIN1, A.V. KOREL1, E.I. SHCHELKUNOVA1, E.I. STROKOVA1, A.D. LASTEVSKY1, V.V. RERIKH1-2, A.I. SHEVCHENKO3
1 Novosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopaedics n.a. Ya.L. Tsivyan, Novosibirsk, Russia
2 Novosibirsk State Medical University, Novosibirsk, Russia
3 Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Abstract
Aim. To assess osteogenic potentialities of a three-dimensional osteograft in a mini pig model with artificial vertebral body defect. The osteograft consists of osteo-
genic cells, a matrix containing bone proteins, mineral components, enzymes and vessels with endothelial lining. Structural composition of the osteograft is an analogue of embryonic bone tissue, which was the basis for examining
the regenerative potentialities of the osteograft in the experiment.
Methods. The osteograft was implanted in the defect of the lumbar vertebral body of minipig (6 months old). The animals were withdrawn from the experiment in the period from 14 days to 6 months. In the control series, autobone was implanted in a similar defect. The preparations were examined by morphological methods, and bone tissue density was assessed by MSCT.
Results. Regeneration and integration of the bone tissue of the vertebral body with the defect replaced by the osteograft was by primary angiogenic osteogene-
sis within one month due to the structural components of the osteograft. When the defect is replaced by autograft, the regeneration and integration of the bone tissue of the vertebral body occur within six months due to the structural components of the recipient.
Conclusion. Formation of the common blood flow of the transplant and recipient vessels is both a factor of integration of the transplant into the homeostatic system of the recipient, and a pathogenic mechanism for optimizing the regeneration of bone tissue defect on the basis of the graft.
Keywords: three-dimensional osteograft, transdifferentiation, osteogenesis, regeneration.
For citation: Zaydman A.M., Predein Yu.A., KorelA.V., Shchelkunova E.I., Strokova E.I., LastevskyA.D., Rerikh V.V., Shevchenko A.I. Characteristics of bone tissue regeneration in the vertebral bodies in the experiment with osteograft. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2017;6(4): 95-102. (In Russ.) DOI: 10.17802/2306-1278-2017-6-4-95-102
«Разработка методов трансплантации костных клеток с целью оптимизации течения репаративных процессов при переломах и осложнениях является актуальной для теоретической морфологии и практической медицины»
Деев Р.В.
Введение
Разработка методов биологической регенерации дефектов костной ткани является актуальной проблемой ортопедии и травматологии. Тем более что наряду с ростом количества костно-су-ставных патологий, в том числе дегенеративных поражений, отсутствуют надежные остеопласти-ческие материалы, способные восстановить дефекты костной ткани в оптимальные сроки. Ау-тологичные костные трансплантаты продолжают считаться «золотым стандартом» для восстановления костной ткани [1, 2, 3, 4]. Однако этот метод имеет ряд недостатков: взятие аутотрансплантата связано с нанесением дополнительной травмы пациенту и ограниченная возможность получения аутоматериала. Широкое применение клеточных трансплантаций, несмотря на доступность и, во многих случаях, эффективность, поставило ряд вопросов. Прежде всего, это методические трудности, в особенности - способ доставки клеточного материала [5]. Известно, что введение клеток методом инъекции приводит к значительному механическому повреждению клеток и индукции их апоптоза. Контраргументом является и непредсказуемость дифференцировок, вплоть до онкогене-за, особенно при использовании эмбриональных стволовых и плюрипотентных клеток [2, 3,4]. В настоящее время предложено множество различных вариантов с использованием стволовых или ком-митированных в остеогенном направлении клеток и матриксов носителей [6]. Тканевая инженерия подразумевает создание трех компонентных кон-
струкций: из стволовых клеток, матриц-подложек и сигнальных молекул. Однако для создания подобных конструкций необходим подбор матриц, обладающих иммунотолерантностью, способностью к биодеградации и отсутствием токсичности. Вместе с тем, любая матрица в процессе деградации задерживает процесс остеогенеза.
Широкие возможности открываются перед разработчиками тканеинженерных конструкций, по биологическим свойствам эквивалентных костной ткани. Одним из важнейших вопросов разработки клеточно-инженерных конструкций является создание последних из клеток с направленной осте-огенной дифференцировкой, коммитированных в направлении остеогенеза. Подобный остеогенный трансплантат создан в Новосибирском НИИТО им. Я.Л. Цивьяна (патент 2574942) путем трансдиффе-ренцировки трехмерного хондротрансплантата в остеогенной среде. Остеотрансплантат состоит из клеток остеогенного ряда и матрикса, содержащего коллаген I типа, сосуды, выстланные эндотелием, минеральные компоненты и костные белки [7, 8]. Экспериментальная апробация регенеративных свойств остеотрансплантата представлена в настоящем исследовании. В качестве контроля использован «золотой стандарт» - аутотрансплантат.
Цель
Исследование регенераторных потенций остеотрансплантата при замещении дефекта тел позвонков в эксперименте.
Материалы и методы
Исследование выполнено на мини-свиньях с соблюдением положений Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации и Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных (утв. Приказом Министерства здравоохранения Российской Федерации от
19.03.2003 г. №226). Разрешение на проведение работ было получено на заседании локального этического комитета ФГБУ «ННИИТО им. Я.Л.Цивьяна» Минздрава России (протокол заседания № 019/15 от 28 декабря 2015 года). Основой для создания остео-трансплантатов служили хондротрансплантаты, изготовленные из культивированных хондробла-стов, полученных из позвоночника новорожденного мини-поросенка. Выделение клеток из ткани, культивирование хондробластов, формирование хондротрансплантата осуществляли согласно методикам, указанным в соответствующих патентах (патенты 1Ш № 2285039, № 2392973). Направленную остеогенную дифференцировку производили на основе хондротрансплантата при помощи остео-индуктивной среды на основе 11РМ1-1640 с 15% РВБ, стрептомицин-пенициллином, амфотерицином В. В качестве индукторов остеогенной дифференци-ровки клеток применяли 10 мМ/л £-глицерофосфа, 100 нМ/л дексометазона и 0,2 мМ/л аскорбиновой кислоты. Трехмерный остеотрансплантат получали по протоколу, описанному в патенте (1Ш № 2574942). Пересадку остеотрансплантатов и ау-токостных трансплантатов осуществляли на мини-свиньях (возраст 6 месяцев). Под общим наркозом выполняли передний забрюшинный доступ к телам поясничных позвонков. При помощи бора формировали костный дефект в вентральном отделе тела позвонка размерами в глубину и ширину соответствующий размерам трансплантата (около 5 мм). Сформированный дефект полностью заполняли остеотрансплантатом. Аутокость для трансплантации получали из дефекта тела позвонка, подготовленного для трансплантации остеотранс-плантата. В сформированный дефект укладывали с плотным прилеганием к реципиентному ложу трехмерный остеотрансплантат или аутокостный трансплантат. Животных выводили из экспери-
мента через 14 дней, 1, 2, 3 месяца. Зону трансплантации исследовали методом МСКТ. Данные МСКТ оценивали в соответствии с признаками, описанными в классификации Tan et al. в 2007 г. [9]. Плотность костной ткани определяли по единицам Хаунсфилда (HU), замеры проводили в одинаковых точках для обеих групп: 1 - центр трансплантата; 2 - края трансплантата (среднее значение);
3 - край трансплантата, не прилегающий к кости;
4 - края реципиентного ложа (среднее значение). Фиксацию, проводку материалов и изготовление морфологических препаратов проводили по традиционной методике. Препараты окрашивали гематоксилин-эозином.
Результаты
Через 14 дней область дефекта тел позвонков заполнена остеотрансплантатом. Последний плотно прилежит к краям дефекта. Более того, из периферических отделов остеотрансплантата в межбалочные пространства ложа внедряются примитивные костные структуры и остеогенная ткань. На поверхности костных балок реципиента расположены вновь образованная костная ткань, исходящая из остеотрансплантата. В центре остеотрансплантата сформированы примитивные костные балки. Остеобласты с базофильными ядрами и базофильной цитоплазмой располагаются вокруг трабекулярных структур (Рис.1 А).
Внутри костных балок остеобласты расположены в лакунах. Промежутки между трабекулярными костными структурами заполнены сосудами и остеогенной тканью. На периферии остеотрансплантата, прилежащего к ложу реципиента располагаются более зрелые костные трабекулы, формирующие анастамозы. Трабекулы окружены активными дву-рядными остеобластами. Гемопоэтическая ткань между трабекулами отсутствует.
Рисунок 1. Через 14 дней после замещения дефекта костной ткани остеотрансплантатом и аутотрансплантатом. В зоне замещения дефекта тела позвонка остеотрансплантатом сформирована примитивная костная ткань. Гематоксилин-эозин. х200(А); безостеоцитный аутотрансплантат в зоне дефекта костной ткани тела позвонка. Гематоксилин-эозин. х200 (В) Figure 1. 14 days after replacing bone defect with the osteograft and autograft. Primitive bone tissue is visualized in the site of vertebral body defect, replaced with the osteograft. Hematoxylin-eosin staining. x200 (A); the autograft without osteocytes in the vertebral body defect site. Hematoxylin-eosin staining. x200(B)
Через 14 дней в области дефекта тела позвонка плотно прилежит аутотрансплантат. В некоторых участках аутотрансплантата поверхность узуриро-вана и подвергается остеокластической резорбции. Активация остеогенеза отсутствует (рис.1В).
Через 30 дней полость дефекта, заполненная остеотрансплантатом, полностью замещена сформированной примитивной костной тканью. Костные трабекулы широкие, нерегулярного строения, с большим количеством хаотично расположенных остеобластов, трабекулярные линии не регулярны. Вокруг костных балок большое скопление активно синтезирующих остеобластов - клетки треугольной формы с округлым базофильным, экцентрично расположенным ядром и интенсивно базофильной, альциан-позитивной цитоплазмой (рис.2А).
Между костными балками выявляется остеоген-ная ткань с большим количеством клеток, комитиро-ванных к остеогенезу, и кровеносные сосуды; заполненные эритроцитами. В области контакта с ложем реципиента на поверхности безостеоцитных балок сформированы костные структуры, внедряющиеся из остеотрансплантата (рис.2В). В трансплантате как по периферии, так и в центральных отделах располагается примитивная костная ткань, которая зани-
мает все пространство. Между трабекулами располагаются тонкостенные сосуды и остеогенная ткань. В некоторых участках наблюдается процесс трансформации в более зрелую костную ткань.
Через 30 дней зона дефекта, замещенная ауто-костью, содержит крупные фрагменты аутотрансплантата. В некоторых участках в расслоившиеся зоны аутотрансплантата из ложа реципиента проникают кровеносные сосуды, и формируется костный регенерат (рис.2С).
Через 60 дней в области пластического замещения дефекта костной ткани остеотрансплантатом сформирована костная ткань пластинчатого строения, заполнившая все пространство бывшего дефекта. Между костными структурами располагаются остеогенная ткань и сосуды (рис. ЗА).
Через 60 дней в центре дефекта, заполненного аутотрансплантатом, все еще встречаются крупные костные фрагменты. В местах прилежания к материнскому ложу сформирована новообразованная костная ткань примитивного строения (рис.ЗВ).
Через 90 дней в области пластического замещения дефекта костной ткани остеотрансплантатом располагается костная ткань трабекулярного строения с морфологическими признаками перестройки - не-
Рисунок 2. Через 30 дней после замещения дефекта костной ткани остеотрансплантатом и аутотрансплантатом. Примитивная костная ткань в зоне замещения дефекта тела позвонка остеотрансплантатом. Гематоксилин-эозин. х200(А); На поверхности безостеоцитных балок сформированы костные структуры, внедряющиеся из остеотрансплантата. Ггматокси-лин-эозин. х400(В); Зона дефекта, содержит крупные фрагменты аутотрансплантата. Гематоксилин-эозин. х200 (С) Figure 2. 30 days after replacing bone defect with the osteograft and autograft.
Primitive bone tissue is visualized in the site of vertebral body defect, replaced with the osteograft. Hematoxylin-eosin staining. x200 (A); Bone structures are formed on the struts without osteocytes grown from the osteograft. Hematoxylin-eosin staining. x400 (B); Defect area, containing large fragments of the autograft. Hematoxylin-eosin staining. x200 (C)
Рисунок 3. Через 60 дней после замещения дефекта костной ткани остеотрансплантатом и аутотрансплантатом. В зоне замещения дефекта остеотрансплантатом сформирована костная ткань пластинчатого строения. Гематоксилин-эозин. х200(А); в центре дефекта расположены крупные фрагменты аутотрансплантата. Гематоксилин-эозин х200 (В)
Figure 3. 60 days after replacing bone defect with osteograft and autograft. Lamellar bone tissue is visualized in the site of vertebral body defect replaced with the osteograft. Hematoxylin-eosin staining, x200(A); large fragments of the autograft, located in the center of the defect. Hematoxylin and eosin staining. x200 (B)
регулярным расположением трабекулярных линий и остеоцитов. Между костными структурами располагается миелоидный костный мозг. Наблюдается полная интеграция с ложем реципиента - границы удается установить только по степени «зрелости» костной ткани (рис.4А). Через 90 дней в области пластического замещения дефекта аутотрансплантатом располагаются отдельные костные включения в виде фрагментов незрелой костной ткани, не формирующих между собой контактов. В центральных отделах дефекта все еще находятся фрагменты аутотрансплантата. Процесс образования органоспецифиче-ской костной ткани все еще не происходит (рис.4В).
Данные МСКТ
Через 14 дней в области замещения дефекта остеотрансплантатом визуализируется плотный контакт остеотрансплантата с краями реципи-ентного ложа, данных за их слияние не определяется, что соответствует 4 типу по классификации Tan [9].
В контрольной группе животных (замещение дефекта аутотрансплантатом) получены аналогичные данные. В основной группе животных (замещение дефекта остеотрансплантатом) плотность остеотрансплантата в точках: 1 - 37HU, 2 - 84HU, 3-50 HU, 4 - 612HU, что соответствует мягким тканям,
i I J Jpf / j J'à ¥Г> ШШ Ш M té л
•1
Рисунок 4. Через 90 дней после замещения дефекта костной ткани остеотрансплантатом и аутотрансплантатом. Дефект тела позвонка, замещенный остеотрансплантатом, заполнен костной тканью трабекулярного строения. Гематоксилин-эозин. х200(А); Расслоившиеся фрагменты аутотрансплантата заполнены рыхловолокнистой тканью. Гематоксилин-эозин. х200 (В)
Figure 4. 90 days after replacing bone defect with osteograft and autograft. Vertebral body defect, replaced by the osteograft and filled with trabecular bone tissue. Hematoxylin-eosin staining. x200 (A); Fragmentation of the autograft. The fragments are filled with loose fiber tissue. Hematoxylin-eosin staining. x200 (B)
с более плотными краями. Эти данные свидетельствуют о процессе минерализации трансплантата от периферии к центру (рис.5 А, В).
Через 30 дней в дефекте тел позвонков, замещенным остеотрансплантатом, по данным МСКТ определяется слияние остеотрансплантата с реци-пиентным ложем. Формирование костной ткани соответствует 2 типу по классификации Tan. В контрольной группе животных значительных изменений не зафиксировано.
В основной группе плотность в точках: 1 - 136HU, 2 - 198HU, 3 - 131HU, 4 - 612HU, что свидетельствует об увеличении плотности остеотрансплантата (рис.6 А, В).
В контрольной группе процессы деградации к этому сроку в центральной части пластического материала все еще не происходят. Плотность костной ткани составляет: 1 - 286HU, 2 - 202HU, 3 - 180 HU, 4 - 687HU, что связано с более интенсивными процессами резорбции, происходящими по краям аутотрансплантата (рис. 6 С, D).
Через 60 дней, по данным МСКТ, дефект тел позвонков, замещенный остеотрансплантатом, не визуализируется. Границы между материнским ложем и остеотрансплантатом не определяются. Формирование костной ткани соответствует 1 типу по классификации Tan. В контрольной группе животных отмечается слияние аутотранс-
плантата с ложем по периферии, при этом в центральной части все еще видны фрагменты трансплантата, что соответствует 2 типу по классификации Tan. В основной группе плотность соответствует показателям костной ткани, во всех точках примерно равные значения, что может говорить о его полной, равномерной минерализации.
Через 90 дней, по данным МСКТ, в группе с замещением остеотрансплантатом дефект не визуализируется, границы между материнским ложем и остеотрансплантатом отсутствуют.
В контрольной группе отмечается слияние аутотрансплантата с ложем по периферии, при этом в центральной части все еще видны фрагменты трансплантата, что соответствует 2 типу по классификации Tan. В основной группе плотность составляет: 1 - 917HU, 2 - 958HU, 3 - 890HU, 4 - 950HU, соответствует показателям костной ткани, во всех точках имеет примерно равные значения, что свидетельствует о его полной, равномерной минерализации (рис.7 А, В).
Через 90 дней с момента операции, по данным МСКТ, в области замещения дефекта аутокостью отмечается слияние аутотрансплантата с ложем по периферии, при этом в центральной части все еще видны фрагменты трансплантата. Формирование костной ткани соответствует 2 типу по классифика-
Рисунок 5. Данные МСКТ. 14 дней после операции. Область замещения дефекта остеотрансплантатом, аксиальная поверхность (А); Область замещения дефекта остеотрансплантатом, сагиттальная поверхность (В); Область замещения дефекта аутотранс-плантатом, аксиальная поверхность (С); Область замещения дефекта аутотрансплантатом, сагиттальная поверхность (D) Figure 5. MSCT findings. 14 days after surgery. Area of bone defect replacement with the osteograft, axial plane (A); Area of bone defect replacement with the osteograft, sagittal plane (B); Area of bone defect replacement with the autograft, axial plane (C); Area of bone replacement with the autograft, sagittal plane (D)
Рисунок 6. Данные МСКТ. 30 дней после операции. Область замещения дефекта остеотрансплантатом, аксиальная поверхность (А); область замещения дефекта остеотрансплантатом, сагиттальная поверхность (В); область замещения дефекта аутотрансплантатом, аксиальная поверхность (С); область замещения дефекта аутотрансплантатом, сагиттальная поверхность (D) Figure 6. MSCT findings. 30 days after surgery.Area of bone defect replacement with the osteograft, axial plane (A); Area of bone defect replacement with the osteograft, sagittal plane (B); Area of bone defect replacement with the autograft, axial plane (C); Area of bone replacement with the autograft, sagittal plane (D)
Рисунок 7. Данные MCKT. 90 дней после операции. Область замещения дефекта остеотрансплантатом, аксиальная поверхность (А); область замещения дефекта остеотрансплантатом, сагиттальная поверхность (В); область замещения дефекта аутотранс-плантатом, аксиальная поверхность (С); область замещения дефекта аутотрансплантатом, сагиттальная поверхность (D) Figure 7. MSCT findings. 90 days after surgery. Area of bone defect replacement with the osteograft, axial plane (A) ; area of bone defect replacement with the osteograft, sagittal plane (В); area of bone defect replacement with the autograft, axial plane (C); area of bone replacement with the autograft, sagittal plane (D)
ции Tan. Плотность костной ткани 1 - 357 HU 2 - 645 HU 3 - 529HU 4 - 804 HU (Рис.7 В, D).
Обсуждение
Полученные фактические данные поставили следующие вопросы для обсуждения:
1. Патогенетический механизм оптимизации репаративной регенерации костной ткани на основе остеотрансплантата.
2. Источники регенерации дефектов костной ткани при замещении ауто- и остеотрансплантата-ми в эксперименте.
3. Механизм интеграции исследуемого пластического материала в общую гомеостатическую систему организма.
Результаты исследования показали, что остео-трансплантат, помещенный в дефект тела позвонка, в течение 14 дней дифференцируется в примитивную костную ткань трабекулярного строения. Все пространство между новообразованными костными структурами заполнено остеогенной тканью и сосудами, содержащими элементы крови.
Этот факт свидетельствует об интеграции регенерата в систему кровообращения реципиента (экспериментального животного), что является фактором гистосовместимости структур. Формирование общей сосудистой сети и дальнейшая регуляция остеогенеза в области дефекта происходят под влиянием гуморальных факторов, которые поступают с кровью реципиента на общеорганизменном уровне (парат-гормон, факторы роста, сигнальные системы и т.д.). Из периферических отделов трансплантата в межбалочные промежутки костной ткани костного ложа внедряется остеогенная ткань с большим количеством сосудов, содержащих эритроциты. Активация остеогенеза наблюдается и по периферии остеотрансплантата, прилежащего к краям дефекта. На поверхности безостеоцитных костных балок откладывается костная ткань, представленная зоной остеоида и активными остеобластами, что может быть трактовано как интеграция регенерата с ложем реципиента. Полученные факты свидетель-
ствуют, что процесс регенерации в зонах дефекта и интеграции с ложем реципиента формируется за счет структурных компонентов остеотрансплантата. Необходимо подчеркнуть, что вопрос о роли трансплантата в регенерации дефекта в литературе решается противоречиво. По данным Деева Р.В. и соавторов [6], регенерация на основе остеотрансплантата происходит через образование временной «мультиткани», по существу - на основе грануля-цитарной ткани. Автор основывается на наличии в регенерате клеток с флуоресцентной меткой в околотрабекулярном пространстве, но не в новообразованных тканях. Надо полагать, что подобные результаты зависят от природы пластического материала. Исследуемый нами остеотрансплантат был получен путем трансдифференцировки в пределах одного гистогенетического ряда (дифферона): мезенхима - хрящ - кость, что позволило оценить последний как биологический эквивалент эмбриональной костной ткани. Процесс формирования костной ткани как в эксперименте, так и в эмбриогенезе происходит путем прямого ангиогенного остеогенеза. Вторым важным аргументом оптимизации процесса регенерации является полученный нами факт о прохождении I этапа минерализации в остеотрансплантате in vitro в процессе трансдифференцировки из хондро- в остеотрансплантат. Известно, что процесс минерализации происходит в два этапа [10, 11]. Первый этап проходит в цитоплазме остеобластов, где формируются матричные визикулы, содержащие структурные компоненты минерализации (гидроксиапатит, ферменты, костные белки и т.д.). Второй этап происходит в матрик-се при участии отшнуровавшихся от цитоплазмы матричных визикул (экзосом), коллагена I типа и других компонентов, синтезируемых остеобластами. Присутствие матричных пузырьков как в цитоплазме остеобластов, так и «отшнурованных» экзосом в матриксе остеотрансплантата (ультраструктурные данные), наличие коллагена I типа и экспрессия костных белков в остеотрансплантате подтверждает прохождение I этапа минерализации в остеотрансплантате in vitro.
Выводы
1. Процесс регенерации дефекта костной ткани тел позвонков на основе остеотрансплантата осуществляется по типу первичного ангиогенного остеогенеза.
2. Регенерация дефекта костной ткани и интеграция с ложем реципиента происходит за счет структурных компонентов остеотрансплантата.
3. Оптимальные сроки регенерации дефекта тел позвонков связаны с прохождением первого этапа минерализации остеотрансплантата в процессе трансдифференцировки в остеогенной среде.
4. Исходом пластического замещения дефекта тел позвонков ауто- и остеотрансплантатами является формирование органоспецифического регенерата, встраивающегося в общую систему гомеостаза организма.
5. Регенерация и интеграция дефекта костной ткани реципиента при пластическом замещении ау-тотрансплантатом происходит за счет структурных компонентов реципиента и в более поздние сроки.
6. Высокие репаративные потенции остеотрансплантата являются основанием для продолжения исследований с целью внедрения в клиническую практику
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ/REFERENCES
1. Grabowski G., Cornett С.А. Bone graft abaft substitutes in spine surgery:current concepts and controversies. I American academy orthopaedic surjery. 2013; 21: 51-60
2. Crane G.M, Ishaug S.L, Mikos A.G. Bone tissue engineering. Nature Medicine. 1995; 1(12): 1322-1324.
3. Mankani M.H., Krebsbach P.H., Satomura K., Kuznetsov S.A., Hoyt R., Robey P.G. Pedicled bone flap formation using transplanted bone marrow stromal cells. Archives of Surgery. 2001; 136(3): 263-70.
4. Nelson T.J., Martinez-Fernandez A., Terzic A. Induced pluripotent stem cells: developmental biology to regenerative medicine. Nat. Rev. Cardiol. 2010; 7(12): 700-10.
5. Hamdi H., Furuta A., Bellamy V., Bel A., Puymirat E., Peyrard S. et al. Cell delivery: intramyocardial injections or epicardial deposition? A head-to-head comparison. Ann Thorac Surg. 2009; 87 (4): 1196-1203.
6. Деев P.B., Цупкина H.B., Гололобов В.Г., Николаенко Н.С., Иванов Д.Е., Дудаев А.К. и др. Влияние трансплантированной культуры остеогенных клеток костного мозга на репаративный остеогенез в области дефекта теменных костей. Цитология. 2008; 50(4): 293-301. [Deev RV, Tsupkina NV, Gololobov VG, Nikolaenko NS, Ivanov DE, Dulaev AK Et al. Influence of transplanted culture of bone marrow osteogenic cells on reparative osteogenesis in the area of defect of parietal bones. Cytology. 2008; 50 (4): 293-301. (InRuss)].
7. Zaidman A. M. Korel A. V., Shevchenko A. I., Shchelkunova E. I., Sherman К. M.,. Predein Yu. A et al. Osteograft, plastic material for regenerative medicine. AIP Conf. Proc. 2016; 1760. 020071. Available from: http://dx.doi.Org/10.1063/l.4960290.
8. Зайдман A.M., Косарева О.С. , Щелкунова Е.И., Корель А.В., Строкова Е.Л., Иванова Н.А. и др. Экспериментальное обоснование применения трехмерного остеотрансплантата для регенерации костной ткани различной локализации и гистогенеза. Современные проблемы науки и образования. 2016; 6. Доступно: http://www.science-education.ru/ru/article/ view?id=25582. [Zaidman AM, Kosareva OS , Shelkunova EI, Korel AV, Strokova EL, Ivanova NA Experimental substantiation of application of a three-dimensional osteotransplant for bone tissue regeneration of various localization and histogenesis. Modern problems of science and education. 2016; 6. Available: http://www. science-education.ru/en/article/view?id=2 5 5 82. (In Russ)].
9. Tan G.H., Goss B.G., Thorpe PJ., Wiliams R.P. CT-based classification of long spinal allograft fusion. I. Euro spine. 2007; 16: 1875-1881.
10. Родионова H.B. Функциональная морфология клеток в остеогенезе. // Киев: Наукова думка. 1989. [Rodionova N.V. Functional morphology of cells in osteogenesis. / Kiev: Naukova dumka. 1989. (InRuss)].
11. Аврунин A.C., Корнилов H.B., Марин Ю.Б. Гипотеза о роли клеток остеоцитарного ряда в формировании стабильной морфологической структуры минералов костного матрикса. Морфология. 2002; 122(6): 74. [Avrunin A.S, Kornilov N.V, Marin Yu.B. Hypothesis on the role of osteocyte series cells in the formation of a stable morphological structure of bone matrix minerals. Morphology. 2002; 122 (6): 74.(In Russ)].
Вклад авторов:
Дизайн исследования, руководство, описание препаратов, обсуждение результатов: А.М. Зайдман.
Проведение клеточных работ, изготовление осте-отрансплантатов, оформление статьи: A.B. Корель, Е.И. Щелкунова. Подбор литературы, участие в написание статьи: Е.И. Строкова.
Выполнение операций на животных: А.Д. Ластевский, В.В. Рерих, Ю.А. Предеин. Выполнение иммуногистохимических работ: А.И. Шевченко.
Для корреспонденции:
Зайдман Алла Михайловна
Адрес: 630091 г.Новосибирск, ул. Фрунзе, 17
Тел. +7 (383) 363-31-31, e-mail: [email protected]
For correspondence:
Zaydman Alia
Address: 17, Frunze, Novosibirsk, 630091, Russian Federation Tel. +7 (383) 363-31-31, e-mail: [email protected]
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Источник финансирования:
Гос. Задание № 115071510020.
ПОСТУПИЛА В РЕДАКЦИЮ: 31.05.2017 ПРИНЯТА К ПЕЧАТИ: 26.09.2017
