CC BY
88УДК 615.015.44:615.462
РОЛЬ АЛЛОГЕННЫХ КОСТНО-ЗАМЕЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ В РЕПАРАТИВНОМ ОСТЕОГЕНЕЗЕ АТРОФИРОВАННОЙ АЛЬВЕОЛЯРНОЙ КОСТИ
© 2018 Н.В. Попов
ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Самара
Статья посвящена изучению репаративных свойств аллогенных костных материалов при использовании их в реконструктивных операциях на челюстях для восстановления утраченного объема альвеолярной кости на основании данных научной литературы. Рассмотрены их свойства, процессы ремоделирования аллогенных материалов, особенности формирования костного регенерата, виды и формы выпуска аллогенных костных материалов на современном рынке и их место среди прочих биологических остеозамещающих материалов.
Ключевые слова: аллогенные костно-замещающие материалы, костная реконструкция челюстей, репара-тивный остеогенез.
Введение. В современной клинической практике для реконструкции дефектов альвеолярной костной ткани разрабатывают и внедряют различные материалы, восполняющие утраченный объем кости, и факторы, улучшающие ее репаративные свойства. Выбор материалов для замещения костных дефектов в стоматологии невероятно широк [1, 2].
В свете современных взглядов на проблемы остеогенеза, идеальный костно-замещающий материал должен удовлетворять следующим требованиям: биосовместимость; резорбируемость (продленная во времени от 3 до 12 мес.); остеокондуктивность; остеоин-дуктивность; остеогенность (содержать клеточные источники для остеогенеза); остеопротек-ция (идентичность химического состава и архитектоники кости, пористости и распределению пор в зоне предполагаемой имплантации); моделируемость; замещение органотипиче-ской костной тканью [3, 4].
Цель исследования - провести анализ научной литературы и изучить роль аллогенных костных материалов в репаративном остеогенезе атрофированной альвеолярной кости при ее атрофии.
От протекания процессов репаративного остеогенеза зависит успех хирургического восстановления дефектов костной ткани. Поэтому костно-замещающий материал должен играть роль строительного каркаса, который позволит организму медленно заместить пространство новообразованной костной тканью с дальнейшим ее дифференцированием (остеокондукция), или же стимулировать образование новой костной ткани путем прямой стимуляции процесса трансформации недифференцированных мезенхимальных клеток в остеобласты (остеоиндукция).
По происхождению костно-замещающие материалы подразделяются на биологические (ауто- и алломатериалы, ксеноматериалы, биологически активные молекулы белковой и небелковой природы, обладающие свойствами факторов роста); искусственные (синтетические) на основе три-кальций фосфата, гидроксиапатита, различных типов керамики, хонсу-рида, хитозана, биоситаллов, полимеров, сульфата кальция и др.; композиционные (композиты) - смесь (композиция) нескольких синтетических и/или биологических материалов для придания им синергичных свойств. Они производятся и выпускаются в виде порошков,
крошки, блоков, цементов, гелей. В связи с недостаточной изученностью и отсутствием отдаленных результатов синтетических и композиционных материалов, оптимальными являются биологические костно-замещающие материалы [5]. Основными факторами, ограничивающими применение ксеногенных биоматериалов, по-прежненему остаются их высокая иммуногенность и минимальный остеогенный потенциал [6].
Использование аутогенных трансплантатов считается золотым стандартом для реконструкций различных костных дефектов головы и лица. Их применение дает достаточно хороший и прогнозируемый результат при остеопластике дефектов челюстно-лицевой области различной протяженности и этиологии благодаря остеогенным, остеоиндуктивным и остео-кондуктивным свойствам. По данным различных авторов, эффективность устранения дефектов костной ткани аутотрансплантатами достаточно высока и достигает от 72 % до 91 % [7].
Однако широкое применение аутотрансплантатов ограничивает ряд существенных недостатков: необходимость пребывания больного в условиях стационара; дополнительное анестезиологическое пособие; увеличение стоимости и продолжительности оперативного вмешательства; нанесение дополнительной травмы в месте забора аутотрансплантата, что отягощает состояние больного; риск повреждения жизненно важных органов (плевра, брюшина, оболочки головного мозга, крупные артерии и вены); ограничение в количестве донорского материала (а, следовательно, и размеров восстанавливаемого дефекта); отсутствие конгруэнтности поверхности получаемого аутоблока рельефу костного дефекта челюсти; отсутствие точности в мануальном моделировании сложных форм; различия в структуре и биомеханике костей из разных частей тела; частичная или полная резорбция; отторжение трансплантатов после пересадки; присоединение инфекции, что может приводить к развитию остеомиелита и секвестрации аутотрансплантата [8]. Все вышеперечисленные особенности аутогенных материалов ограничивают возможность их применения для восстановления утраченного объема костной ткани челюстей.
Альтернативным решением восполнения донорского материала для костной пластики является использование аллогенных костных материалов, чужеродных по отношению к реципиенту, но взятых у донора того же биологического вида. По эффективности применения они находятся на следующей ступени после аутокости, в них нет живых клеток, они представляют из себя костный матрикс естественной анатомической формы с потенциалом для клеточной активации. Сравнительный анализ гистологических аспектов формирования новообразованной кости в атрофированной нижней челюсти, восстановленной аутокостным и аллокостным блоками, не выявили никаких статистически значимых различий [9]. Аллоген-ные имплантаты из кадаверных тканей человека считаются оптимальными материалами для реконструкции повреждений зубочелюстной системы и составляют до 70 % всех пересадок кости в странах Евросоюза, в Японии и США. Обработанные и приготовленные по специальным методикам, они оказываются вполне сопоставимыми по ряду параметров с аутоко-стью и даже превосходят ее по устойчивости к инфекциям [10].
Аллогенные имплантаты после соответствующей обработки костной ткани донора отличаются от нативной аутокости полным отсутствием клеток. В экспериментальных исследованиях показано, что отсутствие клеток (остеоцитов) в костной ткани еще не является критерием ее жизнеспособности, так как само межклеточное вещество, составляющее основную массу костной ткани, способно обеспечить сохранение жизненных свойств кости и формирование постоянной сосудистой связи. Благодаря этому аллокость, консервированная с соблю-
дением соответствующих технологий (неденатурированная), сохраняет свою жизнеспособность и вступает в межуточный обмен с кровью реципиента [11].
Репаративная регенерация костной ткани при аллопластике протекает синхронно резорбции, путем постепенного замещения новой костью оставшегося каркаса от границ дефекта в течение 3-9 месяцев в зависимости от его величины, возраста реципиента, индивидуальных особенностей организма (врожденный регенераторный потенциал пациента), метода обработки и вида аллокости. При пересадке в ткани аллогенной кости происходит развитие кости от костного ложа. Являясь матрицей (каркасом, решеткой), аллокость пассивно стимулирует детерминированные остеопродромальные клетки и поддерживает врастание, миграцию и диф-ференцировку костных клеток реципиентного ложа. В этом заключается остеокондуктивный эффект, присущий всем аллогенным костным биоматериалам. Регенерат новообразованной костной ткани прорастает аллогенный имплантат, повторяя его форму. Обильно васкуляризи-рованная соединительная ткань врастает в аллогенную кость от ложа реципиента и распространяется по системе костных канальцев, резорбируя костное вещество, при этом одновременно формируется молодое костное вещество, которое откладывается внутри костного [12].
Такая перестройка называется «крадущимся замещением» - постепенным рассасыванием материала с одновременным вторичным врастанием на месте погибшей и рассосавшейся ткани клеточных элементов костного ложа реципиента. Главную роль в процессе морфогенеза аллокости на ранних стадиях играют ткани воспринимающего ложа: сосуды прорастают к аллогенному материалу, и неоваскуляризация происходит одновременно с остеокластиче-скими процессами, в которых важную роль играют гигантские клетки. Формирующаяся соединительная ткань с течением времени преобразуется в остеоидную. Одновременно протекающие процессы атрофии и костной индукции в аллоимплантате обусловливают медленное депонирование и реконструкцию кости. «Ползучее» замещение в аллогенной кости происходит так же, как в аутогенной кости, но несколько медленнее, и определяется характером предварительной обработки материала, его видом и формой [13].
Однако многие авторы признают и остеоиндуктивные свойства аллоимплантатов, доказывая, что деминерализованная аллокость играет роль органической внеклеточной матрицы, которая вызывает остеогенез как со стороны костного ложа, так и вне его, за счет сохранения в процессе консервации костных морфогенетических протеинов, доступных для быстрого включения в процесс остеорепарации [14].
Еще одним типом воздействия аллоимплантатов на остеорепарацию является остеости-мулирующий эффект. Поскольку аллогенные материалы вначале ведут себя аналогично аутотрансплантатам, их остеогенные клетки в первые сутки формируют новую костную ткань, которая, однако, вскоре подвергается резорбции. Высвобождающиеся при этом биологически активные вещества и образующиеся в травмированной зоне продукты некробиоза выполняют роль своеобразных биогенных стимуляторов - некрогормонов, вследствие чего аллогенную кость считают биогенным стимулятором костеобразования [15].
При планировании костно-восстановительных операций в челюстно-лицевой области врач-имплантолог сталкивается с вопросом выбора вида обработки и формы выпуска материала. Исследования показали, что лиофилизированная аллогенная губчатая костная ткань создает оптимальные условия для репаративного морфогенеза у реципиента после замещения костного дефекта. Недостатками, по мнению ряда авторов, являются хрупкость, сложность придания необходимой формы, нежелательность пересадки в инфицированное ложе. В эксперименте in vivo при костной пластике искусственных дефектов нижней челюсти у собак
аллоимплантатами из компактной и губчатой костной ткани был получен комплекс рентгенологических, морфологических и биохимических данных о явных преимуществах губчатой костной ткани; губчатые материалы приживаются быстрее, чем из компактной кости, они скорее и интенсивнее прорастают кровеносными сосудами [16].
В настоящее время для сохранения биологических свойств аллогенных материалов используются различные методы консервации (физические и химические).
В зависимости от вида консервации различают:
1. Неорганическую кость - аллогенную кость подвергают делипидизации и депротеини-зации путем чередующихся промываний в растворах органических растворителей практически до состояния неорганического матрикса (так называемого некоторыми авторами «естественного гидроксиапатита»). Выпускают в виде аллогенной костной муки (применяют как в чистом виде, так и в комбинации с коллагеновой губкой), а также в виде гранул и мини-блоков. Последние две формы очень хрупки, крошатся при надавливании, затрудняя тем самым работу в клинических условиях.
2. Коллаген-содержащие костные имплантаты. При данном способе консервации депро-теинизацию производят не полностью, частично сохраняя волокна костного коллагена (I типа), тесно связанные с минеральным компонентом и составляющие как бы каркас аллогенно-го имплантата. Материал биологически безопасен и иммунологически инертен, а его блоки и мини-блоки лучше сохраняют первоначальную форму, обладая большей эластичностью. Выпускается рядом тканевых банков и фирм (Endobon, Isobone, Tutogen, Orthoss).
3. Замороженную кость, frozen bone allograft (FBA). Метод консервации за счет низких температур используется сравнительно редко, поскольку жизнеспособность имплантата угнетается в значительной степени: он часто рассасывается без замещения новообразованной тканью, васкуляризация его протекает очень медленно и поверхностно, частота его переломов в области дефекта достигает 50 %.
4. Формалинизированную кость. Консервацию осуществляют в слабых растворах или парах формалина, который в странах США и Европы признан канцерогеном. Остеопластиче-ский потенциал такого вида аллокости довольно низкий, в нем к 3 месяцу возникает постепенная деструкция коллагеновых и неколлагеновых белков.
5. Лиофилизированную кость, freeze-dried bone allograft (FDBA). Консервацию осуществляют путем лиофильной сушки предварительно замороженной кости в условиях вакуума. В сравнении с другими способами консервации лиофилизированная кость обладает наилучшими костно-регенеративными способностями. Применяют: а) минерализованную лиофилизированную аллокость - freeze-dried bone allograft (FDBA) - выполняет роль остео-кондуктора; б) деминерализованную и поверхностно (частично) деминерализованную лио-филизированную аллокость - demineralized freeze-dried bone allograft (DFDBA), обладающую также и выраженными остеоиндуктивными свойствами за счет сохранившихся в ней костных морфогенетических протеинов - КМП (bone morphogenetic proteins - BMPs), необходимых для пролиферации мультипотенных клеток-предшественников скелетогенной ткани.
У деминерализованной аллокости остеоиндуктивные и остеокондуктивные качества более выражены, но, хотя, остеоиндуктивный потенциал аллогенного имплантата возрастает по мере увеличения степени его деминерализации, при этом значительно снижаются его биомеханические свойства, в частности - способность сохранять форму, что ограничивает возможности его клинического применения. В большинстве клинических ситуаций, когда предполагается воздействие значительных нагрузок (в частности, использование аллографта в каче-
стве опорной ткани для дентальной имплантации и последующей функциональной нагрузки), использование минерализованных лиофилизированных имплантатов оказывается предпочтительнее, чем деминерализованных [17].
Проблемами заготовки тканей человека и разработкой способов их рационального использования в клинике занимаются специальные медицинские учреждения - тканевые банки. В Самаре проблемами регенеративной медицины уже 50 лет занимается Институт экспериментальной медицины и биотехнологий (ИЭМБ), и более 30 лет существует Банк тканей СамГМУ. Здесь изготавливают более 100 разновидностей биопластических материалов по оригинальной технологии «ЛиопластС»®, защищенной патентами РФ, которые выпускаются в различных формах: порошки и чипсы, мембраны твердой мозговой оболочки, костные блоки для проведения аугментации [18]. Эти биоимплантаты состоят только из компонентов человеческого организма, не содержат внесенных извне химических веществ, а технология производства позволяет полностью защитить реципиента от передачи ему какого-либо заболевания, сводит до минимума опасность инфицирования персонала и делает процесс экологически безопасным и экономичным.
Известны также и другие аллогенные материалы, активно применяющиеся сегодня при костно-реконструктивных операциях челюстно-лицевой области:
1. Тканевой банк Всероссийского центра глазной и пластической хирургии производит биоматериалы торговой марки ALLOPLANT®, в том числе для челюстно-лицевой хирургии (стимулятор остеогенеза (порошкообразный), стимулятор остеогенеза (пластинчатый), аллоплант для хирургического лечения пародонтоза, аллогенный хрящ, аллоплант для пластики челюсти).
2. Тканевой банк Центрального института травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова предлагает материал «Перфоост», представляющий собой лиофилизированные деминерализованные костные аллоимплантаты (ДКИ), выполненные в виде пластин, стружки, чипсов.
3. Компания Тутоген Медикал ГмбХ (Германия) использует оригинальный высокотехнологичный метод переработки, консервации и стерилизации тканей человеческого происхождения - Тутопласт, благодаря чему костная структура этих биоимплантатов полностью сопоставима по физическим и биомеханическим характеристикам с нативной костью человека.
4. Аллогенные блоки Maxgraft компании Botiss Biomaterials (BotissGmbH, Германия).
Заключение. Таким образом, можно заключить, что применение аллокостных материалов сопровождается рядом несомненных преимуществ. Отсутствие дополнительной травма-тизации при заборе ауто-материала не нарушает гомеостаз и метаболизм соединительных тканей и функций систем жизнеобеспечения пациента и значительно сокращает время оперативного вмешательства, а, следовательно, эмоциональную и анестезиологическую нагрузку на пациента. Возможность предварительной заготовки и моделирования имплантата позволяет иметь в наличии практически неограниченное количество прививаемого материала, лишенного антигенности после специальной обработки. Благодаря своим биомеханическим свойствам, аллогенная лиофилизированная кость позволяет адекватно замещать сложные по конфигурации дефекты, а также имеет способность к насыщению лекарственными препаратами. Аллогенные ткани обеспечивают репаративный характер регенерации, реализуя генетические возможности самого организма и способности соединительных тканей к их полной регенерации; постепенно полностью резорбируются с формированием на их месте собственной костной ткани пациента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Ершова А.М., Бережная М.В., Благушина Н.А. Анализ эффективности применения остеопластических материалов для сохранения объема альвеолярной кости челюстей перед дентальной имплантацией // Инновационные технологии в медицине: взгляд молодого специалиста: материалы III Всероссийской научной конференции молодых специалистов, аспирантов, ординаторов. - 2017. - С. 50-52.
2 Salamanca E., Hsu C.C., Huang H.M. et al. Bone regeneration using a porcine bone substitute collagen composite in vitro and in vivo // Sci Rep. - 2018. - Vol. 8 (1). - Р. 984.
3 Shahmohammadi R., Moeintaghavi A., Radvar M. et al. Clinical and histological evaluation of increase in the residual ridge with using mineralized corticocancellous block allografts: A pilot study // J. Dent Res Dent Clin Dent Prospects. - 2017. - Vol. 11 (4). - Р. 229-235.
4 Волова Л.Т., Трунин Д.А., Пономарева Ю.В. Исследование биосовместимости и цитотоксичности персонифицированных костных имплантатов с применением клеточных технологий // Вестник медицинского института «РЕАВИЗ»: реабилитация, врач и здоровье. - 2017. - № 5 (29). - С. 32-39.
5 Трунин Д.А., Кириллова В.П., Волова Л.Т. Применение материалов «Лиопласт®» в имплантологии и пародонто-логии // Стоматология славянских государств: сб. трудов по материалам VIII Международной научно-практической конференции; под. ред. А.В. Цимбалистова, Б.В. Трифонова, А.А. Копытова. - 2015. - С. 277-279.
6 Lee J.H., Yi G.S., Lee J.W. et al. Physicochemical characterization of porcine bone-derived grafting material and comparison with bovine xenografts for dental applications // J. Periodontal Implant Sci. - 2017. - Vol. 47 (6). - Р. 388-401.
7 Ahmed W., Asim M.A., Ehsan A. et al. Non-Vascularized Autogenous Bone Grafts for Reconstruction of Maxillofacial Osseous Defects // J. Coll Physicians Surg Pak. - 2018. - Vol. 28 (1). - P. 17-21.
8 Jensen A.T., Jensen S.S., Worsaae N. Complications related to bone augmentation procedures of localized defects in the alveolar ridge. A retrospective clinical study // Oral Maxillofac Surg. - 2016. - Vol. 20 (2). - Р. 115-22.
9 Lorenz J., Kubesch A., Al-Maawi S. et al. Allogeneic bone block for challenging augmentation-a clinical, histolog-ical, and histomorphometrical investigation of tissue reaction and new bone formation // Clinical Oral Investigations. - 2018. - № 1. - P. 1-11.
10 Chiapasco M., Colletti G., Coggiola A. et al. Clinical Outcome of the Use of Fresh Frozen Allogeneic Bone Grafts for the Reconstruction of Severely Resorbed Alveolar Ridges: Preliminary Results of a Prospective Study // International Journal of Oral and Maxillofacial Implants. - 2015. - Vol. 30, № 2. - P. 450-460.
11 Morelli T., Neiva R., Wang H.-L. Human histology of allogeneic block grafts for alveolar ridge augmentation: Case report // Int. J. Periodontics Restorative Dent. - 2009. - Vol. 29. - P. 649-656.
12 Draenert F.G., Berthold M., Kämmerer P.W. et al. Complications with allogeneic, cancellous bone blocks in vertical alveolar ridge augmentation: prospective clinical case study and review of the literature // Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology and Oral Radiology. - 2016. - Vol. 122 (2). - Р. 31-43.
13 De Ponte F.S., Falzea R., Runci M. et al. Histomorhological and clinical evaluation of maxillary alveolar ridge reconstruction after craniofacial trauma by applying combination of allogeneic and autogenous bone graft // Chin J. Traumatol. - 2017. - Vol. 20 (1). - Р. 14-17.
14 Аджиев К.С., Тер-Асатуров Г.П., Лекишвили М.В. и др. Использование деминерализованных костных имплантатов при атрофии альвеолярных отростков челюстей // Институт стоматологии. - 2011. - Т. 4, № 53. -С. 46-47.
15 Нагиев Э.Р., Чудинов А.Н., Нагиева С.Э. и др. Ауто- и аллотрансплантация костной ткани при замещении дефектов нижней челюсти в клинике и эксперименте // Вестник Дагестанской государственной медицинской академии. - 2017. - № 2 (23). - С. 56-64.
16 Нагиева С.Э., Исмаилова Ф.Э., Нагиев Э.Р. Перспективы трансплантации костной ткани при замещении дефектов нижней челюсти (обзор литературы) // Научное обозрение. Медицинские науки. - 2016. - № 4. - С. 69-77.
17 Ogihara S., Tarnow D.P. Efficacy of enamel matrix derivative with freeze-dried bone allograft or demineralized freeze-dried bone allograft in intrabony defects: a randomized trial // J. Periodontal. - 2014. - Vol. 85 (10). - Р. 1351-60.
18 Волова Л.Т., Колсанов А.В., Милюдин Е.С. Биотехнологии и тканевые банки в современной медицине: учебно-методическое пособие для преподавателей и студентов медицинских вузов. - Самара: ГОУ ВПО «СамГМУ», 2009. - 40 с.
Рукопись получена: 10 апреля 2018 г. Принята к публикации: 12 апреля 2018 г.
