CC BY
88
ПРИМЕНЕНИЕ КОСТНЫХ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ БЕЛКОВ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ И КЛИНИКЕ
A.A. Булатов, В.И. Савельев, A.B. Калинин
ГУ Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена МЗ и СР РФ, директор - д.м.н. профессор Р.М. Тихилов Санкт-Петербург
В последние годы за рубежом наука сделала решительный шаг на пути преодоления видовых различий при трансплантации костной ткани. Речь идёт о разработке и получении так называемых костных морфогенетических белков (КМБ), часть из которых отличается мощными остеогенными свойствами и может быть использована в качестве заменителя аутокости как самостоятельно, так и в сочетании с ней [4]. Работ отечественных авторов в данной области мы не встретили, что и послужило основной причиной для опубликования настоящей статьи.
В 1965 г. М.И. [57] впервые сообщил о присутствии в деминерализованной костной ткани остеогенных белков, способных индуцировать остеогенез при эктопической пересадке. В дальнейших своих работах [58] он показал, что остео-генная активность кости передаётся через проте-иноподобный компонент матрикса, названный костным морфогенетическим белком (КМБ). Первоначальные попытки изолировать этот белок успешными не были [10, 59]. Прорыв был сделан в 1979 г., когда М.И. с соавторами [60] сообщили о выделении остеоиндуктивного, гидрофобного, низкомолекулярного белка из нерастворимого желатина костного матрикса. Н. Напатига с соавторами [28] применили метод диссоциативного экстрагирования, посредством которого почти нерастворимые, нековалентно связанные протеины выводили из соединительнотканного матрикса в денатурированном состоянии под воздействием сильных подсаливающих электролитов в высокой концентрации. Эту же методику или её модификации использовали и другие авторы для экстрагирования КМБ из бычьего, свиного и человеческого костных матриксов, а также из остеосарком [3, 73].
Получение КМБ в чистом виде и описание его свойств позволило по-новому взглянуть на основополагающие механизмы регенерации кости как в теоретическом, так и в прикладном аспектах [1]. В современной литературе исследования по КМБ ведутся в трёх направлениях. Первое направление касается его очистки и физико-химических характеристик, включая генное клонирование. Второе - идентификация продуктов клеточного биосинтеза, возникающего под влиянием костного матрикса или самого КМБ. Третьим направлением является стимуляция ре-
паративного остеогенеза после замещения различных дефектов кости костным матриксом или экстрагированным из него КМБ [61].
В 1988-89 гг. E. Wang и J. Wosney из Института генетики (Cambridge, MA, USA) [61, 70] выделили и очистили три различных КМБ и охарактеризовали их аминокислотную последовательность. Для получения достаточного количества КМБ потребовался довольно значительный объём костной ткани, поскольку оказалось, что в 1 кг её содержится примерно 1-2 мг КМБ. Учитывая это, авторы предприняли попытки использования для данной цели методов генной инженерии. Они сообщили об успешном клонировании различных КМБ при помощи технологии рекомбинантных ДНК, что позволило в дальнейшем получать ре-комбинантные формы КМБ практически в неограниченном количестве [31, 49]. Считается, что на сегодняшний день уже открыто более 30 различных КМБ [38, 65].
Установлено также, что костные морфогене-тические белки, представляющие собой низкомолекулярные растворимые трансмембранные гли-копротеины, существуют в виде димеров, связанных между собой дисульфидными связями. Каждый из них характеризуется своей аминокислотной последовательностью. Хотя КМБ первоначально были выделены благодаря своей способности гетеротопически индуцировать образование кости в стандартных условиях, тем не менее, не все члены данного семейства участвуют в процессе костеобразования. Так, например, КМБ 2, 4, 6 и 7 являются наиболее активными факторами роста и дифференциации [32, 75]. Из них КМБ-2 и КМБ-7 (ОБ-1) особенно хорошо исследованы как в экспериментах на различных животных, так и на человеке [37, 40-42, 47, 50, 72].
Рекомбинантный человеческий костный мор-фогенентический белок-2 (рчКМБ-2) представляет собой остеоиндуктивный фактор, который играет основную роль в процессе роста и регенерации костной ткани. Полученный в рекомби-нантной форме, он продемонстрировал в эксперименте чёткую остеоиндуктивную активность, достаточную для обеспечения сращения при ор-тотопической имплантации. E.A. Wang с соавторами [67], по-видимому, были первыми, кто показал возможности рчКМБ-2 индуцировать ко-
стеобразование, когда в качестве носителя использовался неактивный деминерализованный крысиный костный матрикс.
Для проверки остеоиндуктивной способности рчКМБ-2 при ортотопической имплантации Л.^. Уа8ко с соавторами [74] сформировали сегментарные 5-миллиметровые дефекты в бедренных костях 45 крыс-самцов. Две дозы (большая и малая) лиофилизированного рчКМБ-2 (1,4 и 11,0 мкг) имплантировали в каждый дефект вместе с неактивным деминерализованным матриксом кости крысы в качестве носителя. Результаты сравнивали с опытами на крысах, которым имплантировали только неактивный костный матрикс. Образование новой кости и заживление дефекта контролировали рентгенографическим, гистологическим и механическим путями. Было установлено, что уже на 7 день после операции имелись рентгенологические признаки костеобразования у крыс, получивших большую дозу. Признаки костного сращения были отмечены уже на 3 неделе после операции. Через 9 недель установлены достоверные различия рентгенологических признаков консолидации между группой животных, которым имплантировали большое количество рчКМБ-2 и двумя другими группами. У крыс, получивших малую дозу, рентгенологические изменения начали прослеживаться не ранее 3-4-ой недели после операции. При отсутствии рчКМБ-2 неактивный деминерализованный матрикс крысиной кости вообще не индуцировал сколь либо заметного костеобразования. Гистологические исследования подтвердили рентгенологические данные. Авторы установили, что образующаяся новая кость морфологически неотличима от продуцируемой аутологичным костным трансплантатом и активным деминерализованным костным матриксом. При испытании на механическую прочность бедренные кости после имплантации большой дозы рчКМБ-2 демонстрировали ригидность, сравнимую со здоровой бедренной костью. Таким образом, работа убедительно продемонстрировала способность рчКМБ-2 индуцировать остеогенез при ортотопической имплантации у крыс, а также зависимость эффекта остеоиндук-ции от времени с момента имплантации и дозы остеогенного фактора.
М.Р.О. Во81гош с соавторами [6] изучали влияние рчКМБ-2 на заживление дефекта локтевой кости у 60 кроликов. В качестве носителя использовали абсорбирующую коллагеновую губку. Восстановление костной структуры оценивали рентгенологическим и биомеханическим методами в сроки от 2 до 6 недель после операции. Животные были разбиты на три тест-группы: 1) рчКМБ-2 с коллагеновым носителем; 2) один
коллагеновый носитель; 3) контрольная группа без применения имплантатов. Пересаживаемый материал укладывали в место остеотомии таким образом, чтобы не повреждалась межкостная мембрана. Результаты оценивали через 2, 3, 4 и 6 недель. Опыты показали, что образующаяся костная мозоль, схожая по всем рентгенологическим и биомеханическим показателям с интактной костью, появляется у животных с пересаженным рчКМБ-2 к концу 4 недели. В контрольной группе и в группе, где применялась коллагеновая губка, полноценная мозоль образовалась только через 6 недель.
Особенно большой объём экспериментальных работ за рубежом посвящен использованию ос-теогенных факторов роста при ортопедических операциях на позвоночнике. Так, H.S. Sandhu с соавторами [53] изучали действие рчКМБ-2 при операциях на позвоночнике у собак. Цель вмешательства заключалась в создании анкилоза между поперечными отростками позвонков. Авторы установили, что доза остеогенного фактора является одним из важных моментов при выполнении подобных вмешательств. В дальнейшем они показали, что при использовании КМБ отпадает необходимость производить декортикацию кости. Было также выявлено, что остео-генная активность рчКМБ-2 (в качестве носителя служила полимолочная кислота) была выше, чем у аутотрансплантата, взятого из крыла подвздошной кости. Применяемые дозы белка от 57мг до 2,3 мг приводили к 100%-ному сращению через 3 месяца после операции, тогда как аутотрансплантаты не давали подобного эффекта в те же сроки. Кроме того, авторы отметили, что образующаяся костная мозоль была более прочной при использовании больших доз рчКМБ-2.
Похожие результаты были получены J.H. Schi-mandle с соавторами [55] на 45 белых кроликах, которым после ламинэктомии выполнялся артро-дез поперечных отростков. Авторы использовали рчКМБ-2 в разных дозах, а в качестве носителя применяли гидроксиапатит. Контрольную группу составляли животные, которым пересаживалась аутокость. Результаты оценивались механическим, рентгенологическим и гистологическим методами. Исследователи также пришли к выводу, что лучшее сращение достигается при максимальных дозах КМБ. Положительный эффект рчКМБ-2 в экспериментах на разных животных был отмечен и другими авторами [23, 30, 44, 76].
Интересный опыт был поставлен J.M. Lane с соавторами [39]. Они предположили, что сочетание рчКМБ-2 и костного мозга в качестве единого трансплантата может оказать более выраженное остеогенное действие по сравнению с изолированным использованием каждого из них.
Крысам формировали 5-миллимитровый дефект диафиза бедренной кости. Все животные были разбиты на 5 групп. В первой группе в дефект бедренной кости пересаживали рчКМБ-2 вместе с костным мозгом; во второй использовали только рчКМБ-2; в третьей - костный мозг; в четвёртой - губчатый аллотрансплантат; в пятой - коллагеновый носитель. Рентгенологический контроль выполняли через 3, 6, 9 и 12 недель. Тест на механическую прочность производили через 12 недель после операции. Результаты опытов показали, что комбинация рчКМБ-2 и костного мозга давала костное сращение в 100% случаев через 6 недель, рКМБ-2 самостоятельно приводил к костному сращению в 80% случаев через 12 недель. В этот же срок костное сращение при пересадке цельного трансплантата происходило только в 38% случаев, одного костного мозга - в 47%, а коллагеновый носитель вообще не вызывал сращения. Данное исследование подтвердило важность биологического синергизма при взаимодействии остеогенных факторов и прогениторных клеток, поставляемых из костного мозга.
Экспериментальные разработки показали, что индуцируемая рчКМБ-2 костная ткань соответствует анатомическому месту пересадки и биологически функционирует как нативная кость, отвечая всем нормальным гистологическим, биомеханическим и рентгенологическим критериям [2, 56, 68]. Исследования продемонстрировали, что процесс костеобразования, индуцируемый рКМБ-2, склонен к самоограничению, которое можно объяснить постепенным исчезновением остеогенного белка из места пересадки, присутствием ингибиторов КМБ в окружающих тканях, а также действием молекулярных механизмов отрицательной обратной связи [25, 47].
Одним из важнейших условий применения остеогенного фактора in vivo является способ его доставки к месту назначения, поскольку максимальная сохранность КМБ играет решающую роль для его оптимальной биологической активности. По этой причине любой костный морфо-генетический белок чаще всего комбинируют с каким-либо материалом, который самостоятельно, как правило, не проявляет остеоиндуктивно-го действия. Роль матрикса в данном случае, по-видимому, заключается в том, что он замедляет диффузию белка или привлекает к себе соответствующую клеточную популяцию с последующей адгезией и пролиферацией этих клеток [74]. Следовательно, матрикс является как бы субстратом для клеточного роста и дифференцировки. Не исключено также, что идеальный тип носителя может зависеть не только от анатомических особенностей места, куда пересаживается КМБ,
но и от структуры самого матрикса. На сегодняшний день наиболее распространёнными носителями для КМБ являются: коллагеновые материалы, деминерализованный костный матрикс, различные биодеградирующие синтетические полимеры [29, 71]. Примером может служить препарат Helistat (USA) представляющий собой абсорбирующую коллагеновую губку, которая производится из коллагена I типа, полученного из бычьих сухожилий. Данный носитель часто используют для имплантации в сочетании с рчКМБ-2 и рчКМБ-7 [64].
Следует отметить, что транспортные системы доставки КМБ могут быть двух видов: требующие хирургической операции и применяемые с помощью инъекций. Здесь нельзя не отметить исследования T.A. Einhorn с соавторами [20], которые предложили ускорять заживление перелома путём локальной инъекции в его область рчКМБ-2. Для проверки своей гипотезы авторы провели экспериментальное исследование на 288 половозрелых крысах-самцах, которым производили стандартный закрытый перелом бедренной кости в средней трети. Все животные были разбиты на 3 группы: первая - контрольная; вторая, в которой животным инъекционно вводили только водный буфер; в третьей группе имплантировали 80 мг рчКМБ-2 на водном буфере. Все манипуляции выполняли через 6 часов после перелома. В каждой группе животные дополнительно были разделены на 4 подгруппы для исследования в разные сроки. Крыс выводили из опытов на 7, 14, 21 и 28 сутки после перелома. Во всех подгруппах 18 бедренных костей каждого срока изучали по биомеханическим показателям и 6 костей - по гистологическим. Уже на 14 сутки была отмечена разница в плотности костной мозоли между основными группами животных, которая возрастала к 21 суткам. Биомеханические характеристики образующейся костной ткани были значительно выше в группе, где животным вводили рчКМБ-2. К 28 суткам костная структура была сравнима с костью контралате-ральной конечности. Гистологический анализ подтвердил более выраженную периостальную реакцию, а также более быстрое созревание костной мозоли в месте перелома у животных по сравнению с контролем. Таким образом, в работе была показана возможность применения костных морфогенетических белков в виде инъекций для лечения закрытых переломов костей в эксперименте. Полученные результаты позволяют рассчитывать на аналогичный успех после подобных операций и в клинической практике [7, 22].
Другим остеогенным фактором, широко изучаемым различными исследовательскими группами, является КМБ-7 или, как его чаще назы-
вают в научной литературе, остеогенный белок-1 (ОБ-1). Имплантация очищенного рекомбинан-тного человеческого ОБ-1 (рчОБ-1) на колла-геновом носителе в подкожную область у грызунов стимулирует клеточные процессы, которые ведут к образованию функционально полноценной костной структуры. Было показано, что имплантируемый подкожно рчОБ-1 привлекает близлежащие мезенхимальные стволовые клетки и стимулирует их дифференцировку в хонд-роциты на 5-7 день после пересадки. В результате сосудистой инвазии происходит кальцифи-кация и гипертрофия новообразованного хряща с его замещением новой костью к 9-12 дню. Затем наступает широкое ремоделирование минерализующейся ткани, костные лакуны которой заполняются элементами костного мозга на 1421 день. Выступающий в качестве носителя кол-лагеновый матрикс служит основой для привлечения и пролиферации мезенхимальных клеток. После завершения процесса формирования костной структуры матрикс полностью резорбиру-ется [16, 52].
Имплантация рчОБ-1 на коллагеновом носителе в значительные костные дефекты длинных трубчатых костей различных животных также вызывает образование полноценной кости, что было убедительно продемонстрировано в опытах на кроликах [14], собаках [13], а также обезьянах [16]. В частности S.D. Cook с соавторами [15] показали, что при замещении крупных дефектов локтевой и большеберцовой костей у приматов объём и качество образующейся костной ткани было выше, чем в группе животных, которым были пересажены аутотрансплантаты. Прочность восстановленной кости практически полностью соответствовала неповрежденной конечности, а образующийся костномозговой канал был заполнен полноценными элементами костного мозга. Имплантация же одного коллагено-вого носителя во всех случаях приводила только к фиброзному сращению.
L.S. Poplich с соавторами [46] представили результаты своих исследований по устранению небольших костных дефектов у собак с помощью рчОБ-1 в виде инъекций. Эксперимент проведён на 35 собаках, которым в средней трети обеих локтевых костей формировали дефект размером 3 мм. Животные были разделены на 3 группы. Первую (контрольную) составили 13 животных, которым не назначали никакого лечения и выводили из опытов через 4, 8, 12 и 16 недель после операции. Во второй группе (11 животных) собакам вводили 0,35 мг рчОБ-1 на ацетатном буфере в область перелома на одной конечности, в другую же конечность вводили только ацетатный буфер. В третьей группе жи-
вотным в область перелома на одной конечности вводили 0,35 мг рчОБ-1 с использованием в качестве носителя карбоксилметилцеллюлозу, а в противоположную конечность - только данный носитель. Животных во второй и третьей группах выводили из опытов через 4, 8 и 12 недель. К 4 неделе у всех собак, у которых применяли остеогенный фактор, наблюдалось образование костного регенерата. Полноценное формирование костной структуры отмечалось к 12 неделе. В контрольной группе, а также в случаях применения носителей без костного морфогене-тического белка, формирование костной мозоли в названные сроки было неполным. Эти данные были подтверждены рентгенологическими, биомеханическими и гистологическими методами.
Недавно T.C. den Boer с соавторами [19] в свою очередь опубликовали результаты наблюдений по использованию метода инъекционного введения рчОБ-1 в опытах на 40 взрослых козах. Отличие методики данных авторов от предыдущих заключалось в том, что они формировали закрытый перелом левой большеберцовой кости с последующим наложением на конечность стержневого аппарата внешней фиксации. Все животные были разбиты на 4 группы: первая -контрольная; во второй животным вводили 1 мг рчОБ-1; в третьей - применяли только коллаген; в четвёртой - его же с 1 мг рчОБ-1. Животных выводили из опытов через 2 и 4 недели. Кроме стандартных методов исследования были задействованы также компьютерная томография и денситометрия. В целом полученные исследователями данные показали, что уже к двум неделям на месте введения рчОБ-1 наблюдалось усиление костной регенерации, однако, через 4 недели авторы не нашли существенной разницы в биомеханических свойствах костного регенерата во всех группах. Обращал на себя внимание лишь увеличенный объём костной мозоли у животных, у которых применяли КМБ с коллагеном. Вывод исследователей сводился к тому, что заживление свежих закрытых диафизарных переломов может быть усилено при однократном введении рчОБ-1 в место повреждения. Сам же носитель, по-видимому, не играет решающей роли при данном способе применения рчОБ-1. По мнению авторов работы, интерпретация эффективности воздействия рчОБ-1+носитель у использованных животных-реципиентов довольно затруднительна, что связано с выраженной остеогенной потенцией надкостницы у овец и коз. Так, например, периост у овец обладает настолько выраженными остеогенными свойствами, что дефект трубчатой кости в 3 см полностью срастается через 3 месяца при добавлении сульфата кальция без остеогенного фактора [69]. Попыт-
ки замедлить процесс сращения путем растяжения костных отломков или удаления надкостницы не привели к успеху [5]. И всё же, по мнению исследователей, результаты экспериментов внушают обоснованный оптимизм в отношении использования рчОБ-1 при лечении костной патологии у человека. Как отмечают T.C. den Boer с соавторами [19], применение рчОБ-1 в качестве стимулятора костной регенерации может быть выгодным по ряду причин. Во-первых, время заживления перелома будет значительно сокращено, что устранит недостаток длительной иммобилизации. Во-вторых, раннее восстановление прочностных характеристик костной мозоли может снизить риск раннего вторичного смещения отломков. В-третьих, стимулирующий эффект рчОБ-1 позволит уменьшить количество несращений и ложных суставов.
К настоящему времени в печати опубликован ряд экспериментальных работ, посвященных применению КМ Б при различных ситуациях. Так, X. Chen с соавторами [11], изучив на крысах влияние рчОБ-1 на заживление сегментарных костных дефектов после их бактериального загрязнения (Staphylococcus aureus), пришли к выводу, что остеогенный белок вызывает усиление костной регенерации даже в таких условиях. Авторы полагают, что этот факт может иметь важное значение при лечении инфицированных переломов у человека.
S.D. Cook с соавторами [17] установили, что сращение опорных кортикальных аллотрансплан-татов с бедренной костью у собак значительно ускоряется при добавлении 500 мг остеогенного субстрата (2,5 мг рчОБ-1 + коллаген I типа). Авторы отметили, что степень сращения между аллотрансплантатом и материнской костью при использовании рчОБ-1 через 4 недели была значительно выше, чем при обычной фиксации через 8 недель. Полученные результаты позволяют рассчитывать на улучшение исходов лечения больных после реэндопротезирования, когда имеется недостаток объёма костной ткани, либо при переломах в области ножки эндопротеза.
S.L. Salkeld с соавторами [51] изучили эффективность имплантации рчОБ-1 в различных сочетаниях с ауто- и аллотрансплантатами у собак. Авторы пришли к заключению, что комбинация лиофилизированного аллотрансплантата с рчОБ-1 является хорошей альтернативой ауто-кости при лечении значительных сегментарных костных дефектов. По их мнению, такое сочетание может усилить остеоиндуктивные и остео-кондуктивные свойства пересаживаемого материала при условии придания ему оптимальных размеров и формы.
Значительное по своему объёму и важности исследование провели недавно S.D. Cook с соавторами [18]. Они изучили процесс морфологического замещения суставных костно-хряще-вых дефектов после применения рчОБ-1. Опыты были проведены на 65 собаках, у которых на внутренних мыщелках обеих бедренных костей были сформированы дефекты диаметром 5 мм и глубиной 6 мм. Эксперимент показал, что рчОБ-1 индуцирует образование гиалиноподобного суставного хряща. Даже через 52 недели после операции у собак не наблюдалось существенных дегенеративных изменений в образовавшейся ткани. Полученные данные показали, что рчОБ-1 способен стимулировать регенерацию суставного хряща у млекопитающих, а также продемонстрировали важность дальнейших исследований в этом направлении.
Свойство морфогенетических белков индуцировать значительные объёмы костной ткани позволило с успехом применить их при спондило-дезах у экспериментальных животных [12, 43, 54, 62, 63]. Опыты убедительно показали, что КМБ генерируют образование костной мозоли даже более активно, нежели аутотрансплантаты. Никаких осложнений, связанных с применением КМБ, при таких операциях обнаружить не удалось [71].
Таким образом, из всего сказанного можно заключить, что остеогенные белки должны играть важную роль в системе лечения различной костной патологии у человека. Созданные с помощью генной инженерии рекомбинантные формы КМБ, оказались способными обеспечивать результаты, эквивалентные тем, которые получают при использовании костных аутотрансп-лантатов. Всё это не могло не содействовать стремлению учёных испытать КМБ в клинической практике. Конечно, на сегодняшний день клинический опыт применения КМБ ещё не является столь значительным, как экспериментальные исследования. Однако, и те данные, которые опубликованы, вызывают большой оптимизм и надежду на дальнейшее успешное использование костных морфогенетических белков в различных клинических ситуациях.
У человека КМБ впервые был использован M.R. Urist с коллегами в клинике Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе в начале 80-х годов. Авторы применили аутолизированную ан-тигенэкстрагируемую аллогенную костную ткань (ААА), насыщенную КМБ и неколлагеновыми белками, и подвергнутую лиофилизации. Содержание КМБ в таком трансплантате было 10-15 мг на 1 г аллокости. Остеоиндуктивная активность каждого трансплантата была подтверждена при эктопической пересадке в мышцу у мышей.
Всего в период с 1983 по 1992 гг. 28 пациентов было подвергнуто оперативному вмешательству, в основном с несращениями большеберцо-вой, бедренной и плечевой костей. В результате лечения у 26 человек сращение было достигнуто после первого же вмешательства, у 2 больных потребовались повторные операции, которые в итоге также привели к положительному исходу. Ни в одном из наблюдений не было отмечено каких-либо послеоперационных осложнений [33-35]. В дальнейшем данный метод с успехом был использован авторами при лечении различных видов несращений и ложных суставов бедренной кости, сопровождающихся укорочением конечности [36].
Следует отметить, что внедрение технологий рекомбинантных ДНК позволило получать различные КМБ в достаточных количествах и более широко применять их в клинической практике. Так, в исследовании, проведённом G.E. Riedel и A. Valentin-Opran [48], была проверена возможность использования рчКМБ-2 с абсорбирующей коллагеновой губкой при открытых переломах большеберцовой кости. Трансплантат укладывался непосредственно в место перелома после выполнения остеосинтеза, перед зашиванием раны. Концентрация рчКМБ-2 составляла 0,43 мг на 1 мл носителя. Заживление перелома в течение 6 месяцев наблюдалось у 9 из 12 пациентов.
В 1999 г. было завершено многоплановое клиническое испытание рчКМБ-2. В исследовании было задействовано 49 клиник в 11 странах мира. Лечению было подвергнуто 450 пациентов с открытыми переломами большеберцовых костей. Больные были разбиты на 3 группы: контрольную, группу, в которой применяли рчКМБ-2 в количестве 0,75 мг/1мл коллагеновой губки, и группу, где использовали 1,5 мг/1мл носителя. В каждой группе осуществляли стандартное хирургическое лечение, включающее интрамедуллярный остеосинтез фрагментов большеберцовой кости. Конечные результаты оценивали через 12 месяцев после операции. Было установлено значительное улучшение результатов лечения при использовании рчКМБ-2 в большей концентрации. Так, в контрольной группе первичное сращение наступило у 38% больных, а в группе, где применяли 1,5 мг белка - у 58% [27].
В январе 2001 г. Консультативный совет по изделиям, относящимся к ортопедии и реабилитации, при Федеральном агентстве по лекарственным и пищевым продуктам США (FDA) утвердил и разрешил к клиническому применению препарат INFUSE, представляющий собой комбинацию рчКМБ-2 и абсорбирующего коллаге-нового носителя. Данное решение было принято на основании двухлетнего клинического ис-
пытания, проведённого на 279 пациентах, страдающих дегенеративными заболеваниями позвоночника. Всем им был выполнен передний спон-дилодез с использованием нарезных кейджей. Пациенты были разбиты на две группы. В первой (основной), состоящей из 143 человек, во время операции применяли рчКМБ-2, во второй группе (136 человек) использовали стандартный аутотрансплантат из гребня подвздошной кости. Для оценки исходов лечения проводили рентгеновское наблюдение и компьютерную томографию через 6, 12 и 24 месяца после операции. Результаты исследований показали, что время оперативного вмешательства и кровопотеря были меньше в группе с использованием рчКМБ-2 (1,6 часа и 109,8 мл по сравнению с 2 часами и 153,1 мл кровопотери). Степень костного сращения через 2 года, в свою очередь, была выше в основной группе (94,5% против 88,7%). Надлежит также отметить, что в контрольной группе у 8 пациентов возникли проблемы в области забора аутотрансплантата [8, 9].
На сегодняшний день проведено 13 клинических исследований по травматологии, ортопедии, стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, в которых эффективность рчКМБ-2 оценена примерно у 1000 пациентов. Накопленный опыт показал, что сама по себе остеоиндукция имеет строго ограниченный характер. Ни в одном из наблюдений не установлено дополнительного костеобразования вне места пересадки КМБ. Правда, отмечалось более быстрое заживление послеоперационных ран. Кроме того, образование антител к морфогенетическому белку и к коллагеновому носителю выявлено у незначительного числа пациентов, что даже в таких случаях не оказывало заметного влияния на исходы лечения. Ни разу также не было отмечено реакции отторжения на пересаживаемый трансплантат [64].
С 1992 по 1996 гг. в 17 ортопедических центрах США были проведены клинические испытания рчОБ-1. Лечению подверглись 122 человека со 124 ложными суставами большеберцо-вых костей. Для исследования были отобраны пациенты, у которых сращение не наблюдалось минимум в течение 9 месяцев и при этом отсутствовал какой-либо прогресс в образовании мозоли за последние 3 месяца. Больные были разбиты на 2 группы. В первой (61человек) проводили стандартное лечение, заключавшееся в интрамедуллярном остеосинтезе кости и использовании аутотрансплантата. Во второй группе (61 пациент) вместо аутотрансплантата вводили рчОБ-1. Отдалённые результаты оценивали через 9 месяцев после операции. Было установлено, что костное сращение наступило в 81% слу-
чаев при использовании рчОБ-1 и в 85% случаев при аутопластике. В остальных случаях потребовалось дополнительное оперативное вмешательство. Следовательно, авторы не обнаружили статистически значимой разницы в клинических исходах лечения данных групп больных. Однако, в группе с использованием аутотрансплантатов 20% пациентов испытывали хронические болевые ощущения в месте забора костной ткани. На основании проведённого клинического исследования FDA признало в 2001 г. рчОБ-1 препаратом, являющимся альтернативой аутотрансплантатам в ситуациях, когда забор собственных тканей пациента затруднён либо, когда альтернативные методы лечения не приводят к успеху [21, 24]. Об успешном применении рчОБ-1 в клинической практике сообщили в свою очередь R.G.T. Geesink с соавторами [26], M. Pecina с соавторами [45].
Таким образом, завершая обзор, можно утверждать, что с открытием КМБ, их расшифровкой, синтезом и клинической апробацией мировая наука сделала ещё один важный шаг в остеологии и в получении новой разновидности лекарственных средств, способных снизить травматичность (отказ от аутопластики, например) и значительно повысить эффективность хирургического лечения ряда заболеваний и повреждений опорно-двигательной системы. Достигнутые в изучении данной проблемы успехи, как и результаты практического внедрения КМБ, безусловно, служат весьма перспективной основой для её дальнейшего развития. Приходится лишь сожалеть, что отечественная наука пока не проявляет к этой теме должного интереса, несмотря на, казалось бы, её большую прикладную и социальную значимость.
Литература
1. Aldinger G. Bone morphogenetic protein: a review / G. Aldinger, G. Herr, W. Kusswetter et al. // Int. Orthop. - 1991. - Vol. 15, N 3. - P. 169-177.
2. Andrades J.A. A modified rhTGF-beta1 and rhBMP-2 are effective in initiating a chondro-osseous differentiation pathway in bone marrow cells cultured in vitro / J.A. Andrades, B. Han, M.E. Nimni et al. // Connect.Tissue Res. - 2003. - Vol. 44, N 3-4. -P. 188-197.
3. Bauer F.C.N. Human osteosarcoma derived soluble bone morphogenetic protein / F.C.N. Bauer, M.R. Urist // Clin. Orthop. - 1981. - N 154. -P. 219-295.
4. Bauer T.W. Bone graft materials / T.W. Bauer, G.F. Muschler // Clin.Orthop. - 2000. - N 371. -P. 10-27.
5. Blokhuis T.J. Biomechanical and histological aspects of fracture healing, stimulated with osteogenic protein-1 / T.J. Blokhuis, F.C. den Boer, J.A. Bramer et al. // Biomaterials - 2001. - Vol. 22, N 7. - P.725-730.
6. Bostrom M.P.G. The use of bone morphogenetic protein-2 in the rabbit ulnar nonunion model / M.P.G. Bostrom, J.M. Lane, E. Tomin et al. // Clin.Orthop. - 1996. - N 327. - P.272-282.
7. Bouxsein M.L. A single injection of rhBMP-2 enhances fracture healing in a rabbit ulnar osteotomy model /
M. Bouxsein, D.D"Augusta, C. Blake et al. // Trans. Orthop. Res. Soc. - 2000. - Vol. 25. - P. 280.
8. Burkus J.K. Anterior lumbar interbody fusion using rhBMP-2with tapered interbody cages / J.K. Burkus, M.F. Gornet, C.A. Dickman, T.A. Zdeblick // J. Spinal Disord. Tech. - 2002. - Vol. 15, N 5. -P. 337-349.
9. Burkus J.K. Is INFUSE bone graft superior to autograft bone? An integrated analysis of clinical trials using the LT-CAGE lumbar tapered fusion device / J.K. Burkus, S.E. Heim, M.F. Gornet, T.A. Zdeblick // J. Spinal Disord.Tech. - 2003. - Vol. 16, N 2. -P. 113-122.
10. Iwata H. Protein polysaccharide of bone morphogenetic matrix / H. Iwata, M.R. Urist // Clin. Orthop. - 1972.
- N 87. - P.257-274.
11. Chen X. Osteogenic protein-1 induced bone formation in an infected segmental defect in the rat femur / X. Chen, L.S. Kidder, W.D. Lew // J. Orthop. Res.
- 2002. - Vol. 1. - P. 142-150.
12. Cook S.D. In vivo evaluation of recombinant human osteogenic protein (rhOP-1) implants as a bone graft substitute for spinal fusions / S.D. Cook, J.E. Dalton, E.H. Tan et al. // Spine. - 1994. - Vol. 19, N9. -P. 1655-1663.
13. Cook S.D. Recombinant human bone morphogenetic protein-7 induces healing in a canine long bone segmental defect model / S.D. Cook, G.C. Baffes, M.W. Wolfe et al. // Clin.Orthop. - 1994. - N 301.
- P. 302-312.
14. Cook S.D. The effect of recombinant human osteogenic protein-1 on healing of large segmental bone defects / S.D. Cook, G.C. Baffes, M.W. Wolfe et al. // J. Bone Joint Surg. - 1994. - Vol. 76-A, N 7. - P. 827838.
15. Cook S.D. Recombinant human ostrogenic protein-1 (rhOP-1) heals segmental defects in nonhuman primates / S.D. Cook, M.W. Wolfe, S.L. Salkeld, D.C. Rueger // J.Bone Joint Surg. - 1995. - Vol. 77-A, N 6. -P. 734-750.
16. Cook S.D. Osteogenic protein-1. Biology and application. / S.D. Cook, D.C. Rueger // Clin. Orthop.
- 1996. - N 324. - P. 29-38.
17. Cook S.D. Strut allograft healing to the femur with recombinant human osteogenic protein-1 / S.D. Cook, R.L. Barrack, M. Santman et al. // Clin. Orthop. -2000. - N 381. - P. 47-57.
18. Cook S.D. Repair of articular cartilage defects with osteogenic protein-1 (BMP-7) in dogs / S.D. Cook, L.P. Patron, S.L. Salkeld, D.C. Rueger // J. Bone Joint Surg. - 2003. - Vol. 85-A, Suppl. 3. - P. 116-123.
19. den Boer T.C. Effect of recombinant human osteogenic protein-1 on the healing of freshly closed diaphyseal fracture / T.C. den Boer, J.A. Bramer, T.J. Blokhuis et al. // Bone - 2002. - Vol. 31, N 2. - P. 158164.
20. Einhorn T.A. Enhancement of experimental fracture healing with a local percutaneus injection of rhBMP-2 / T.A. Einhorn, R.J. Majeska, G. Oloumi et al. // Amer. Acad. Orthop. Surg. Ann. Meet. - 1997. -Vol. 64. - P. 216.
21. Einhorn T.A. Clinical applications of recombinant human BMPs: early experience and future development / T.A. Einhorn // J. Bone Joint Surg. - 2003. -Vol. 85-A, Suppl. 3. - S. 82-88.
22. Einhorn T.A. A single percutaneous injection of recombinant human bone morphogenetic protein-2 accelerates fracture repair / T.A. Einhorn, R.J. Majeska, A. Mohaideen et al. // J. Bone Joint Surg. - 2003. -Vol.85-A, N 10. - P. 1425-1435.
23. Fischgrund J.S. Augmentation of autograft using rhBMP-2 and different carrier media in the canine spinal fusion model / J.S. Fischgrund, S.B. James, M.C. Chabot et al. // J. Spinal Disord. - 1997. -Vol. 10, N 6. - P. 467-472.
24. Friedlaender G.E. Osteogenic protein-1 (bone morphogenetic protein-7) in the treatment of tibial nonunions / G.E. Friedlaender, C.R. Perry, J.D. Cole, S.D. Cook et al. // J. Bone Joint Surg. - 2001. -Vol. 83-A, Suppl. 1, Part 2. - S. 151-158.
25. Gazzero E. Bone morphogenetic proteins induce the expression of noggin, which limits their activity in cultured rat osteoblasts / E. Gazzero, V. Gangji, E. Canalis // J. Clin. Invest. - 1998. - Vol. 102, N 12. - P. 2106-2114.
26. Geesink R.G.T. Osteogenic activity of OP-1 bone morphogenetic protein (BMP-7) in human fibular defect / R.G.T. Geesink, N.H.M. Hoefnagels, S.K. Bulstra / / J. Bone Joint Surg. - 1999. - Vol. 81-B, N 4. -P.710-718.
27. Govender S. Recombinant human bone morphogenetic protein-2 for treatment of open tibial fractures: a prospective, controlled, randomized study of four hundred and fifty patients // S. Govender, C. Csimma, H.K. Genant et al. // J. Bone Joint Surg. - 2002. -Vol. 84-A, N 12. - P. 2123-2134.
28. Hanamura H. Solubilized bone morphogenetic protein (BMP) from mouse osteosarcoma and rat demineralized bone matrix / H. Hanamura, Y. Higuchi, M. Nakagawa et al. // Clin. Orthop. - 1980. - N 148. - P. 281290.
29. Hollinger J. Factors for osseous repair and delivery: part I / J. Hollinger // J. Craniofac. Surg. - 1993.
- Vol. 4, N 2. - P. 102-108.
30. Holliger E.H. Morphology of the lumbar intertransverse process fusion mass in the rabbit model: a comparison between two bone graft materials - rhBMP-2 and autograft / E.H. Holliger, R.H. Trawick, S.D. Boden, W.C. Hutton // J. Spinal Disord. - 1996. - Vol. 9, N 2. - P. 125- 128.
31. Israel D.I. Expression and characterization of bone morphogenetic protein-2 in Chinese hamster ovary cells / D.I. Israel, J. Nove, K.M. Kerns et al. // Growth Factors - 1992. - Vol. 7, N 2. - P. 139-150.
32. Israel D.I. Heterodimeric bone morphogenetic proteins show enhanced activity in vitro and in vivo / D.I. Israel, J. Nove, K.M. Kerns et al. // Growth Factors. - 1996.
- Vol. 13, N 3-4. - P.291-300.
33. Johnson E.E. Bone morphogenetic protein augmentation grafting of resistant femoral nonunions. A preliminary report / E.E. Johnson, M.R. Urist, G.A. Finerman // Clin.Orthop. - 1988. - N 230. -P. 257-265.
34. Johnson E.E. Distal metaphyseal tibial nonunion. Deformity and bone loss treated by open reduction, internal fixation, and human bone morphogenetic protein (hBMP) / E.E. Johnson, M.R. Urist, G.A. Finerman // Clin.Orthop. - 1990. - N 250. -P. 234-240.
35. Johnson E.E. Resistant nonunions and partial or complete segmental defects of long bones. Treatment with implants of a composite of human bone morphogenetic protein (BMP) and autolyzed, antigen-extracted, allogenic (AAA) bone / E.E. Johnson, M.R. Urist, G.A. Finerman // Clin. Orthop. - 1992.
- N 272. - P. 229-237.
36. Johnson E.E. Human bone morphogenetic protein allografting for reconstruction of femoral nonunion / E.E. Jonson, M.R. Urist // Clin. Orthop. - 2000. -N 371. - P. 61-74.
37. Keating J.F. Substitutes for autologous bone graft in orthopaedic trauma / J.F. Keating, M.M. Mcqueen / / J. Bone Joint Surg. - 2001. - Vol. 83-B, N1. -P. 3-8.
38. Khan S.N. Bone growth factors / S.N. Khan, M.P.G. Bostrom, S.M. Lane // Orthop. Clin. North. Am.
- 2000. - Vol. 31, N 3. - P. 375-387.
39. Lane J.M. Bone marrow and recombinant human bone morphogenetic protein-2 in osseous repair / J.M. Lane, A.W. Yasko, E. Tomin et al. // Clin. Orthop. - 1999.
- N 361. - P. 216-227.
40. Lane J.M. BMPs: Why are they not in everyday use? / J.M. Lane // J. Bone Joint Surg. - 2001. - Vol. 83-A, Suppl. I, Part II. - S. 161-163.
41. Lieberman J.R. The role of growth factors in the repair of bone. Biology and clinical applications / J.R. Lieberman, A. Daluiski, T.A. Einhorn // J. Bone Joint Surg. - 2002. - Vol. 84-A, N 6. - P. 10321044.
42. Lou E. Bone morphogenetic proteins: an overview of therapeutic application / E. Lou // Orthopedics. -2001. - Vol. 24, N 5. - P. 504-509.
43. Ludwig S.C. Osteoinductive bone graft substitutes for spinal fusion / S.C. Ludwig, S.D. Boden // Orthop. Clin. North. Am. - 1999. - Vol. 30, N 4. - P. 635645.
44. Muschler G. Evaluation of human bone morphogenetic protein-2 in canine spinal fusion model / G. Muschler, A. Hyodo, T. Manning // Clin. Orthop. - 1994. -N 308. - P. 229-240.
45. Pecina M. Orthopaedic applications of osteogenic protein-1 (BMP-7) / M. Pecina, L.R. Giltaij, S. Vukicevic // Int.Orthop. - 2001. - Vol. 25, N 4. - P. 203208.
46. Poplich L.S. Critical and noncritical size defect healing with osteogenic protein-1 / L.S. Poplich, S.L. Salkeld, D.C. Rueger et al. // Trans. Orthop. Res. Soc. - 1997.
- Vol. 22. - P. 600.
47. Reddi A.H.Bone morphogenetic proteins: from basic science to clinical application / A.H. Reddi // J. Bone Joint Surg. - 2001. - Vol. 83-A, N 1. - P. 1-6.
48. Riedel G.E. Clinical evaluation of rhBMP-2/ACS in orthopedic trauma. A progress report / G.E. Riedel, A. Valentin-Opran // Orthopedics. - 1999. - Vol. 22, N 6. - P. 663-665.
49. Riley E.H. Bone morphogenetic protein-2. Biology and applications / E.H. Riley, J.M. Lane, M.R. Urist et al. // Clin.Ortop. - 1996. - N 324. - P. 39-46.
50. Sakou T. Bone morphogenetic proteins: from basic studies to clinical approaches / T. Sakou // Bone. -1998. - Vol. 22, N 6. - P. 591-603.
51. Salkeld S.L. The effect of osteogenic protein-1 on the healing of segmental bone defects treated with autograft or allograft bone / S.L. Salkeld, L.P. Patron, R.L. Barrack, S.D. Cook // J. Bone Joint Surg. - 2001.
- Vol. 83-A, N 6. - P. 803-816.
52. Sampath T.K. Recombinant human ostrogenic protein-1 (hOP-1) induces new bone formation in vivo with a specific activity comparable with natural bovine osteogenic protein and stimulates osteoblast proliferation and differentiation in vivo / T.K. Sampath, J.C. Maliakal, P.V. Hauschka et al. // J. Biol. Chem.
- 1992. - Vol. 267, N 28. - P. 20352-20362.
53. Sandhu H.S. Evaluation of rhBMP-2 with an OPLA carrier in a canine postero-lateral (transverse process) spinal fusion model / H.S. Sandhu, L.E. Kanim, J.M. Kabo, J.M. Toth // Spine. - 1995. - Vol. 20.
- P. 2669-2682.
54. Sandhu H.S. Bone grafting for spinal fusion / H.S. Sandhu, H.S. Grewal, H. Parvataneni // Orthop. Clin. North. Am. - 1999. - Vol. 30, N 4. - P. 685698.
55. Schimandle J.H. Experimental spinal fusion with recombinant human bone morphogenetic protein-2 / J.H. Schimandle, S.D. Boden, W.C. Hutton // Spine.
- 1995. - Vol. 20, N 12. - P. 1326-1337.
56. Sciadini M.F. Evaluation of recombinant human bone morphogenetic protein-2 as a bone-graft substitute in a canine segmental defect model / M.F. Sciadini, K.D. Johnson // J. Orthop. Res. - 2000. - Vol. 18, N 3. - P. 289-302.
57. Urist M.R. Bone: formation by autoinduction / M.R. Urist // Science. - 1965. - Vol. 150. - P. 893899.
58. Urist M.R. Bone morphogenic protein / M.R. Urist,
B.S. Strates // J. Dental. Res. - 1971 . - Vol. 50, Suppl. 6. - P. 1392-1406.
59. Urist M.R. Inductive substrates for bone formation / M.R. Urist, T.A. Dowell, P.H. Hay, B.S. Strates // Clin. Orthop. - 1968. - N 59. - P. 59-96.
60. Urist M.R. Solubilized and insolubilized bone morphogenetic protein / M.R. Urist, A. Mikulski, A. Lietz // Proc. Natl. Acad. Sci. USA - 1979. -Vol. 76. - P. 1828-1832.
61. Urist M.R. Bone morphogenetic protein induced bone formation and the bone- bone marrow consortium M.R. Urist // Bone Transplantation. -Berlin, 1989.
- P.185- 197.
62. Vaccaro A.R. The use of biologic materials in spinal fusion / A.R. Vaccaro, A.D. Sharan, R.S. Tuan et al. // Orthopedics - 2001. - Vol. 24, N 2. - P. 191197.
63. Vaccaro A.R. Bone grafting alternatives in spinal surgery / A.R. Vaccaro, K. Chiba, J.G. Heller et al. // Spine.
- 2002. - Vol. 2, N 3. - P. 206-215.
64. Valentin-Opran A. Clinical evaluation of recombinant human bone morphogenetic protein-2 / A. Valentin-Opran, J. Wozney, C. Csimma et al. // Clin.Orthop.
- 2002. - N 395. - P. 110-120.
65. Viljanen V.V. Allogeneic and xenogeneic bone morphogenetic protein in skeletal reconstruction / V.V. Viljanen // Acta Universitatis Tamperenis.- 1997.
- Vol. 562.- P. 131.
66. Wang E.A. Purification and characterization of other distinct bone-inducing factors / E.A.Wang, V. Rosen, P. Cordes et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1988.
- Vol. 85. - P. 9484-9488.
67. Wang E.A. Recombinant human bone morphogenetic protein induces bone formation / E.A. Wang, V. Rosen, J.S. D'Alessandro et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
- 1990. - Vol. 87. - P. 2220-2224.
68. Welch R.D. Effect of recombinant human bone morphogenetic protein-2 on fracture healing in a goat tibial fracture model / R.D. Welch, A.L. Jones, R.W. Bucholz et al. // J. Bone Miner. Res. - 1998. -Vol. 13. - P. 1483-1490.
69. Wippermann B. The resorbable calcium phosphate cement alpha BSM in a sheep tibia segmental defect / B. Wippermann, F. den Boer, H. Schratt et al. // Trans. Orthop. Res. Soc. - 1999. - Vol. 24. - P. 525.
70. Wozney J.M. Novel regulators of bone formation: molecular clones and activities / J.M. Wozney, V. Rosen, A.J. Celeste et al. // Science. - 1988. -Vol. 242. - P. 1528-1534.
71. Wozney J.M. Bone morphogenetic protein and bone morphogenetic protein gene family in bone formation and repair / J.M. Wozney, V. Rosen // Clin. Orthop.
- 1998. - N 346. - P. 26-37.
72. Wozney J.M. Overview of bone morphogenetic proteins / J.M. Wozney // Spine. - 2002. - Vol. 27, Suppl. I.
- S. 2-8.
73. Wu Z. Separation and purification of porcine bone morphogenetic protein / Z. Wu, X. Hu // Clin. Orthop. - 1988. - N 230. - P. 229-236.
74. Yasko A.W. The healing of segmental bone defects, induced by recombinant human bone morphogenetic protein (rhBMP-2) / A.W. Yasko, J.M. Lane, E.J. Fellinger et al. // J. Bone Joint Surg. - 1992. -Vol. 74-A, N 5. - P. 659-671.
75. Yoon S.T. Osteoinductive molecules in orthopaedics: basic science and preclinical studies / S.T. Yoon, S.D. Boden // Clin.Orthop. - 2002. - N 395. -P. 33-43.
76. Zdeblick T.A. Cervical interbody fusion cages. An animal model with and without bone morphogenetic protein / T.A. Zdeblick, A.J. Ghanayem, A.J. Rapoff et al. // Spine. - 1998. - Vol. 23, N 6. - P. 758-766.
