• 8-495-22-555-6-8
  • 1@trauma.ru
  • Прайслист
  • Контакты
  • WhatsApp
  • Telegram
  • Дзен
  • YouTube
  • FAQ
  • Отзывы
МосРентген Центр
МосРентген Центр
Первая помощь при переломе шейки бедра
  • Услуги
    • МРТ 3 Тесла
    • Трехмерная компьютерная томография
    • Лицензирование рентгеновских кабинетов
  • Товары
    • Цифровой рентген
      • Аппараты для цифрового рентгена
      • Оцифровщики
      • Дигитайзеры
    • Аналоговый рентген
      • Рентгеновская пленка
      • Рентгеновские кассеты
      • Хим. реактивы
  • Статьи
    • Травматология
    • Рентгенология
  • Блог
  • МЕНЮ ЗАКРЫТЬ назад  
МосРентген Центр
 /  Статьи компании МосРентген Центр

Применение преваскуляризированных костных скаффолдов in vivo (обзор литературы)

Применение преваскуляризированных костных скаффолдов in vivo (обзор литературы) 27.05.2024

Применение преваскуляризированных костных скаффолдов in vivo (обзор литературы)

Создание материалов, замещающих костные дефекты, несмотря на множество работ, остается актуаль­ной проблемой в ортопедии и травматологии


Обоснование


Тканевая инженерия и регенеративная медицина на сегодняшний день — одни из самых перспективных направлений научных изысканий в области здравоохране­ния. Их популярность можно объяснить наличием больших перспектив в решении проблем лечения пациентов с утра­той органов и тканей. Актуальность замещения обшир­ных костных дефектов в практике травматолога-ортопеда не вызывает сомнений. Критический диастаз в результате фрагментации отломков, минно-взрывные ранения, остео­миелит, пострезекционные дефекты, пороки развития конечностей, характеризующиеся гемимелией, контроль над регенератами в условиях компрессионно-дистракци­онного остеосинтеза, ложные суставы — при всех этих состояниях необходимо возмещение зачастую большого объема костной массы, в особенности в сочетании с пе­риферической артериопатией.

Сокращение сроков госпитализации и раннее на­чало реабилитации пациентов — важнейший вопрос для практического здравоохранения. Его можно решить путем использования синтетических и полусинтетических материалов для замещения дефектов. Однако все еще открытым остается вопрос об адекватной трофике кост­ного имплантата. На основании публикаций, посвященных выживаемости клеток в центре крупных тканеинженер­ных конструкций, можно сделать вывод о недостаточно оптимальной начальной васкуляризации разрабатывае­мых конструкций [1].

Цель — проанализировать современные подходы к  васкуляризации костных скаффолдов и оценить их   адек­ватность в моделях invivo.


Материалы и методы


В статье представлен обзор литературных данных, посвященный методам васкуляризации костных скаф­фолдов. Поиск литературы осуществляли в базах данных PubMed, ScienceDirect, eLibrary, Google Scholar в период с 2017 по 2023 г. по ключевым словам: «преваскуляризо­ванные костные скаффолды», «артериовенозные петли», <^-биопечать», «клеточные листы». В результате поиска выявлено 128 источников. После исключения проанализи­рованы 95 статей, результаты 38 оригинальных исследова­ний и одного обзора литературы.

Определены следующие критерии включения источ­ников в исследование: полнотекстовые материалы; экс­периментальные исследования на животных моделях преваскуляризированных костных скаффолдов; работы с исчерпывающими данными, на основании которых можно сделать однозначный вывод о влиянии пре­васкуляризации на восстановление костного дефекта. 

Из рассмотрения были исключены публикации с при­знаками дублирования, в том числе схожими протокола­ми исследования, проведенные разными коллективами; применение одинаковых материалов, клеток и факторов роста и дифференцировки; схожий авторский коллектив. В случае обнаружения подобных исследований анализи­ровали только наиболее поздние по дате публикации.



Результаты и обсуждение


Продолжительность регенерации костной ткани за­висит от множества факторов: тяжести повреждения, размера диастаза между отломками, наличия сопут­ствующего повреждения мягких тканей и кровеносных сосудов, а также преморбидного фона пострадавшего. Немалую роль играет тактика лечения. Процессы реге­нерации костной ткани делят на первичное и вторичное заживление. Для реализации первичного механизма в области повреждения необходимы следующие условия: непрерывная целостность надкостницы и стабильный контакт костных отломков. Вторичное заживление на­блюдается в случае повреждения надкостницы, компакт­ного вещества, костного мозга и недостаточного контакта между костными поверхностями, обусловленного отсут­ствием иммобилизации или относительной стабильностью в зоне перелома. В данном случае наблюдаются экстра- вазация крови и образование гематомы в области пере­лома, в процессе свертывания крови формируется каллус из фиброзно-хрящевой ткани — комплекс недифферен­цированных клеток, обладающих мультипотентностью. Происходит активация остеобластов, которые обусловли­вают постепенное окостенение, пока не завершится про­цесс регенерации [2].

Обширные дефекты костной ткани традиционно явля­ются вызовом для травматологов-ортопедов, поскольку возможности естественной регенерации не только огра­ничены, но и вариабельны и индивидуальны в каждом конкретном случае. Общепринятый клинический стандарт на сегодняшний день — применение компрессионно­дистракционных аппаратов с использованием принципов Илизарова. Хотя отдаленные результаты лечения с помо­щью этого метода более чем удовлетворительны, однако экономически такой способ невыгоден, так как предпо­лагает длительное нахождение пациента в стационаре и связан с рисками ятрогенных и инфекционных ослож­нений.

Для применения свободной костной пластики крово­снабжаемыми кортикально-надкостничными трансплан­татами необходим оператор, на высоком уровне владею­щий микрохирургической техникой, кроме того, этот способ можно использовать далеко не во всех случаях, особенно при наличии массивных очагов утраты костной ткани, ко­торые невозможно заместить аутотрансплантатом ввиду ограниченности его объема. Аналогичные сложности могут возникнуть и при применении свободных костных аутотрансплантатов. Аллотрансплантация костной массы способна неограниченно увеличить объем донорского ма­териала и соответствовать биомеханическим требованиям замещаемого участка, но ее иммуногенность и прижива­емость по-прежнему составляет предмет дискуссии. Вне­дрение в клиническую практику результатов исследований в области тканевой инженерии способно нивелировать все недостатки ауто- и аллотрансплантации в отношении восстановления протяженных и объемных дефектов кост­ной ткани. Данная область науки ставит своей задачей разработку тканеинженерных конструкций, включающих материал-носитель с клетками и факторами, способными направлять и ускорять рост клеток и, как следствие, уве­личивать скорость восстановления дефекта.

Клеточные листы

Под клеточными листами понимают технологии, по­зволяющие получить монослой клеток с поверхности культурального пластика и объединить несколько таких «листов» воедино. Получение тканеинженерных конструк­ций послойным методом — один из первых способов, основанных именно на клеточных культурах. Данная ме­тодология включает несколько основных этапов:

1)    посев клеток и культивирование на поверхности чаш­ки Петри до достижения равномерного монослоя;

2)    отделение слоя от поверхности;

3)    соединение нескольких слоев для получения объем­ной структуры.

При этом часто клеточные слои не адгезируют друг к другу самостоятельно. Для соединения нескольких сло­ев применяют различные методы, в том числе механи­ческие, температурные и магнитные, которые подробно описали Q. You и соавт. [3]. 

J. Zhang и соавт. [4] использовали конструкции на осно­ве человеческих амниотических стволовых клеток, кото­рые были подвергнуты дифференцировке в остеогенном направлении, с применением костного морфогенетическо­го белка (BMP-2). В качестве второго слоя брали ту же клеточную культуру, дифференцировку которой регулиро­вал эндотелиальный фактор роста (VEGF) в направлении сосудистой ткани. Имплантацию производили в модели краниального дефекта на крысах на 8-й и 12-й неделе исследования. Группами сравнения служили контрольные животные без лечения, а также группы с имплантатами на основе монокультур клеток. Клеточные культуры уско­ряли восстановление костной ткани в сравнении с кон­трольной группой без лечения. При этом отсутствовали значимые различия при применении монокультур клеток. Двойной слой клеток обеспечил быстрое восстановление костной ткани в сравнении со всеми группами. Схожая конструкция представлена в работе на мышах, клеточ­ные слои в которой получены из мезенхимных стволовых клеток (МСК) костного мозга и эндотелиальных клеток пупочной вены человека (HUVEC) [5], а также на культуре жировых стволовых клеток и эндотелиальных клеток пу­почной вены [6].

Стоит также отметить, что при многократном по­вторении данных слоев возможно получение объемных остеоподобных структур. Для получения структур исполь­зовали подход, описанный в вышепредставленных рабо­тах, при этом адгезию слоев осуществляли с помощью магнитных частиц [7]. В работе выполняли подкожную имплантацию образца с последующей оценкой экспрес­сии белков-маркеров формирования эндотелия. Приме­нение двух типов клеток ведет к кратному увеличению плотности сосудистой сетки.

Аналогичный результат может быть получен в слу­чае монокультуры клеток с добавлением двух различ­ных факторов роста. Использование BMP-2 и VEGF по отдельности не приводит к значительным отличиям в скорости восстановления костного дефекта в сравне­нии с тканеинженерными конструкциями без применения дифференцировочных факторов. При этом добавление обоих веществ в культуру МСК с целью восстановления критического краниального дефекта у мышей привело к значительному увеличению скорости закрытия де­фекта [8].

Поскольку костная структура более сложная, чем про­стое наслоение клеток различного типа, приходится при­бегать к более сложным манипуляциям для получения искусственных структур, способных проявлять биомими- крические свойства. Один из наиболее распространен­ных способов достижения более сложной архитектуры имплантата — применение гелей, в том числе на основе альгината, желатина, хитозана или фиброина шелка.

Z. Lin и соавт. [9] человеческие МСК, полученные из костного мозга, инкубировали в течение 10 дней в геле на основе желатин метакрилата (GelMA) с добавлени­ем аскорбиновой кислоты для индукции формирования внеклеточного матрикса. HUVEC культивировали в геле на основе GelMA и фибрина с добавлением VEGF. После культивирования оба геля растворяли в растворе Хэнкса, смешивали с добавлением фотоинициатора и сшивали под действием ультрафиолетового излучения. Готовый имплантат в течение 14 дней культивировали в остеоген­ной культуральной среде с добавлением VEGF. Мышам создавали краниальный дефект и разделяли их на три группы. В контрольной группе, без лечения, костная ткань не восстановилась. В первой экспериментальной группе применяли свежий гель, который не был под­вергнут дополнительному культивированию, во второй группе — гель, полученный по технологии, описанной выше. Предварительное культивирование имплантатов обеспечивает рост сосудистой сети, повышение уровня трипсина K и активности щелочной фосфатазы, что опре­деляет более высокую скорость ремоделирования костной ткани в сравнении с материалом без клеток и факторов дифференцировки. При гистологическом исследовании наблюдали множество сосудов на краю дефекта к кон­цу эксперимента. 

Совместное культивирование клеток перед имплантацией позволяет усиливать дифференци- ровку и продукцию ростовых факторов и тем самым улуч­шать восстановление костной тканиСтоит заметить, что все представленные выше рабо­ты не включают критического дефекта костной ткани. Под критическим зачастую понимают дефект, размер ко­торого не позволяет костной ткани выполнять свои функ­ции, или же дефект, который не восстанавливается само­стоятельно в течение жизни организма. Клеточные листы не обладают механической прочностью для заполнения костного дефекта, поэтому прибегают к иным методам.

H. Zhang и соавт. [10] использовали гидроксиапатит, модернизированный полилизином. Клеточный лист со­держал два типа клеток, полученных от кролика, которому в дальнейшем проводили имплантацию в критический де­фект лучевой кости. Клеточные листы формировали с при­менением МСК и факторов дифференцировки в остеоген­ном направлении и эндотелиальных клеток с VEGF Авторы продемонстрировали ускоренное восстановление костной ткани с помощью гистологических методов, а также ком­пьютерной томографии. Выявлена экспрессия факторов, указывающих на формирование костной ткани и сосуди­стой сети. По аналогичной схеме был получен другой скаф- фолд. На поверхность в-трикальцийфосфатного ф-TCP) скаффолда накладывали два сформированных листа. Имплантацию производили в череп крысы [11].
Зй-печать

Более точный и совершенный метод — 30-биопечать, подразумевает применение гелей, включающих факторы роста и клетки, а также твердых полимеров, например гидроксиапатита или пластмасс. Главное преимущество данного метода заключается в полном контроле над гео­метрией, внутренней архитектурой и составом получаемых скаффолдов.

Технология печати позволяет создавать сложную архитектуру. W. Zhu и соавт. [12] получили гексагональные структуры с добавлением HUVEC. При этом авторы исполь­зовали дополнительные клетки.

 Было получено два типа конструкций: с постоянным и градиентным размером гексагональных структур; с помощью клеточных методов сформирована сосудистая сеть. Тем не менее в данной работе не представлены имплантационные испытания.

W. Zhang и соавт. [13] на модели критического дефекта лучевой кости кролика исследовали материал на основе альгината с добавлением керамики (Ca7MgSi4O16). Благо­даря технике 30-печати были созданы сетки, состоящие из полых цилиндров (рис. 1). Полости в цилиндре актив­но вовлекались в процесс васкуляризации скаффолда. Было продемонстрировано, что конструкции из полых цилиндров обладают большим остеогенным потенциалом и активнее подвергаются васкуляризации, чем конструк­ции на основе глухих цилиндров. По аналогичной схеме получены образцы на основе акриламидного соедине­ния с добавлением синтетического гидроксиапатита [14]. Авторы отдельно отметили пассивность клеток при про­никновении вглубь канала. Они предложили методику ло­кальной гипертермии, приводящей к увеличению просвета цилиндра с последующей нормализацией температуры, что создает искусственный градиент давлений, засасыва­ющий клетки в каналы. Предположительным решением данной проблемы может также выступать применение биореакторов, которые широко используют в биологиче­ской деятельности.

Применение различных типов керамики, в том числе кальций-фосфатных соединений, оправдано биохимиче­ским составом костной ткани. Основной неорганический элемент костной ткани — гидроксиапатит, следовательно, керамика приближает искусственный скаффолд к натив­ной костной ткани.



Тем не менее проведены работы без использования гелей. J. Xu и соавт. [15] получили конструкции на осно­ве P-TCP. Имплантацию образцов выполняли в критиче­ский дефект большеберцовой кости крыс. Животные были разделены на две группы случайным образом, в первой группе имплантировали предварительно васкуляризи­рованные скаффолды, во второй группе — обычные скаффолды. Наблюдали более быстрый процесс восста­новления костной ткани в группе с имплантацией васку­ляризированных скаффолдов.

 Подобные методы под­ходят для кальций-фосфатного цемента, применяемого в качестве пломбировочного материала, и скаффолда для субантральной аугментации [16]. Представлены так­же данные о том, что увеличение срока предварительного культивирования образцов приводит к формированию бо­лее обширной сосудистой сети [17].

Сложную конструкцию, включающую имитацию тра­бекулярной и кортикальной зон, создали C. Buckley и соавт. [18]. Вокруг трабекулярной части выстраивали напечатанные полые цилиндры, внутрь некоторых из них помещали гидроксиапатит, конструкцию объединяли ме­тодом электроформования нетканого материала на по­верхность скаффолда. 

Для преваскуляризации исполь­зовали человеческие дермальные микроваскулярные эндотелиальные клетки, культивируемые в готовой дифференцировочной среде. 

Имплантационные испытания проводили на самках белого новозеландского кролика, которым удаляли фрагмент лучевой кости размером 8 мм. Сравнение осуществляли с аллотрансплантатами костной ткани. Через 8 нед. вокруг скаффолда начинала формиро­ваться костная ткань, структура материала не нарушалась, несмотря на нагрузку, в то время как у животных группы сравнения оценка роста костной ткани была затруднена ввиду плотности трансплантата, а дополнительное ис­следование показало снижение сроков ремоделирования в центре дефекта.

Стоит отметить, что технология 3D-печати, в сравне­нии с послойным формированием тканеинженерных кон­струкций, позволяет создавать объекты для имплантации в область костной ткани, подверженной значительным механическим нагрузкам. Одна из основных функций скелета — опорно-двигательная, поэтому технологии создания скаффолдов, способные заместить критический дефект в нагруженной области, отличаются большой кли­нической востребованностью. Технологии печати пласти­ком, таким как полилактид, поликапролактон и другие, делают возможным создание более прочных конструкций. С помощью методов 3D-моделирования удается получать сложную геометрию, соответствующую топологии дефекта костной ткани, а также механике кости, в которую про­изводится имплантация, что гипотетически может по­зволить вернуть подвижность в короткие сроки, а также избежать экранирования напряжения, разрушающего костную ткань.

Для получения скаффолдов J. Nulty и соавт. [19] использовали метод печати поликапролактоном, который выполнял остеокондуктивную функцию. Цилиндры запол­няли гелем с МСК и эндотелеоцитами, часть скаффолдов культивировали для формирования нативного окружения клеток и внеклеточного матрикса, другую часть образцов подвергали васкуляризации. Образцы имплантировали на место фрагмента бедренной кости крысы, части кости выше и ниже области имплантации фиксировали пласти­ной для исключения сдвига фрагментов. Как и в других работах, применение двух типов клеток, а также пред­варительной васкуляризации ускоряло ремоделирование костной ткани в сравнении с другими образцами. К тому же GelMA активизировал рост сосудистой сети в сравне­нии с гелями на основе альгината и фибрина. Аналогич­ный подход применяли S.Y. Hann и соавт. [20].

В работе C. Li и соавт. [21] сосуды были напечатаны ге­лем, осажденным в растворе CaCl2. Сформированные по­лые микротрубочки добавляли в гелеобразные скаффол- ды и обвивали вокруг ячеек твердых блоков. Проводили подкожную имплантацию, выступавшую методом in vivo преваскуляризации образца, благодаря этому происходи­ло разрастание сосудистой сети и формирование новых сосудистых структур.

С помощью 3D-печати могут быть получены соосные цилиндры, представленные T. Anada и соавт. [22]. Внешний цилиндр содержит GelMA с добавлением фосфата кальция и стволовых клеток, внутренний, более тонкий, — GelMA с VEGF и эндотелиальными клетками.

M.A. Kuss и соавт. [23], несмотря на точное совпа­дение метода получения скаффолда в работе J. Nulty и соавт. [19], использовали три типа контроля, включавших скаффолды на основе геля с одиночными клетками, кле­точными сфероидами и без добавления клеток. Скаффолд с двумя типами клеток показал значимые положительные результаты, при этом результаты были лучше в образцах с неинкапсулированными клетками, что можно объяснить свободной миграцией, адгезией и пролиферацией в срав­нении со сфероидами. Тем не менее в случае сфероидов образуется большее количество сосудов с площадью бо­лее 200 мкм2 в сравнении с другими типами скаффолдов.

Артериовенозные петли

Для решения проблемы трофики и формирования сосудистой сети могут быть использованы слепозамкну­тые и сквозные артериовенозные пучки, шунтированные артериовенозные петли [24]. Артериовенозные петли при­меняют для васкуляризации скаффолдов при размеще­нии их в непосредственном контакте с сосудом. При этом конструкцию помещают в изолирующую камеру, которая нивелирует влияние прилежащих тканей на костный скаффолд.

A. Weigand и соавт. [25] проводили исследование на модели артериовенозной петли у овец. К 12-й неде­ле отмечено формирование микрососудистой сети, ко­личество сосудов к 18-й неделе уменьшилось, при этом увеличился размер сосудов, образованных в скаффолде. Артериовенозная петля была сформирована так, чтобы проходить через внутреннюю часть материала, обеспечи­вая врастание сосудов изнутри, а также касаться внешней части, способствуя врастанию сосудов внутрь скаффолда.

Получены данные о применении артериовенозной петли в сочетании с материалами, содержащим клетки. D. Steiner и соавт. [26] использовали скаффолды на основе соединений кальция с добавлением эндотелиальных кле- ток-предшественников, МСК и обоих типов клеток одно­временно, которые помещали в артериовенозную петлю, созданную в модели крысы. Во всех образцах наблюдали формирование сосудистой сети, при этом матрицы, со­держащие оба типа клеток, показали лучшие результаты в сравнении с применением монокультур клеток. Анало­гичные данные в схожей модели представили S. Kratzer и соавт. [27], они использовали полилактид в качестве ма­териала скаффолда и метод 3D-печати, а также S. Kratzer и соавт. и A. Eweida и соавт. [28, 29], которые исследовали скаффолд из капролактона и коллагена 1-го типа, полу­ченный путем электроформования, с прослойкой из фи­бринового геля (рис. 2).

Стоит отметить, что разные гели в моделях артерио­венозной петли оказывают различные эффекты. Так, при имплантации GelMA на 14-е сутки формировались микрососуды, а на 21-е сутки наблюдались признаки их перестройки и созревания. Фибриновый гель не пока­зал значительного роста сосудов, как отметили и J. Nulty и соавт. [19], к тому же в петле с применением фибрина образовались тромбы, что R. Vaghela и соавт. [30] связали с резорбцией фибринового скаффолда.

Артериовенозные петли за счет естественных факто­ров способны регулировать процессы, идущие в скаф- фолде. Фибриновый гель со стромальной васкулярной фракцией увеличивает продукцию фактора роста фи­бробластов (FGF), VEGF и TGF, которые регулируют про­лиферацию и дифференцировку клеток. Иные результаты получили B.C. Kim и соавт. [31], которые указали на форми­рование сосудистой сети на второй неделе после имплан­тации. Однако авторы не обнаружили тромбообразования в артериовенозной петле, несмотря на применение фибри­нового геля. В схожей модели проводили инъекции ди- метилглиоксима, который выступал в качестве фактора, ускоряющего формирование сосудистой сети [32].

J. Biggemann и соавт. [33] использовали метод 3D-печати скаффолда, что позволило создать сложную архитектуру образцов с различной формой и размерами пор, которые контролировали вручную. По предположе­нию авторов, такая сложная геометрия позволит форми­ровать сосуды различного диаметра, что соответствует нативным тканям организма, включающим, кроме маги­стральных, множество коллатеральных ветвей.

Аналогичные конструкции применяли на овцах A. Kengelbach-Weigand и соавт. [34]. Овцам удаляли фрагмент большеберцовой кости, материал окружали АВ-петлей и инкубировали в том же животном, которому впоследствии проводили имплантацию. По результатам компьютерной томографии и гистологического иссле­дования на 12-й неделе после имплантации отмечено формирование костной ткани. Результаты ангиографии и патоморфологического исследования также указывали на то, что в образцах с использованием АВ-петли была более обширная сосудистая сеть, более того, образцы с применением VEGF обладали большим потенциалом, чем образцы без добавления факторов роста.

К схожим с артериовенозной петлей методам можно отнести метод сосудистого пучка, когда происходит сле­пое замыкание сосуда, который питает имплантируемый скаффолд. В моделях на собаках было показано, что такой подход позволяет ускорить восстановление костной ткани за счет активной трофики клеток, помещенных в имплан­тируемый образец. При данном подходе образовывалось гораздо меньшее количество сосудов, чем в случае полно­ценной АВ-петли [35].

Аналог артериовенозной петли использовали Y.P. Yang и соавт. [36]. В модели дефекта в области подвздошной кости у овец авторы имплантировали образец, частично выступавший из области дефекта. В образце, напечатан­ном на 3D-принтере на основе поликапролактона с до­бавлением в-TCP, были сделаны две выемки цилиндри­ческой формы, за которые убирали глубокую артерию, огибающую подвздошную кость, и сопутствующую вену. Такая техника не требует отдельной предварительной экс­позиции скаффолда в изолирующей камере. С помощью аналогичного метода были получены результаты на моде­ли дефекта задней конечности овцы размером 5 см [37]. 

Схожий подход без применения изолирующей камеры
в модели на кролике представили L. Vidal и соавт. [38]. T. Kawai и соавт. [39] сформированную артериовенозную петлю помещали в полый цилиндр, который имплантиро­вали вместо фрагмента бедренной кости.

Таким образом, артериовенозные петли создают адек­ватную, близкую к нативной, трофику в области матери­ала, что способствует адгезии и пролиферации клеток. Клетки сосудов могут продуцировать дифференцирован­ные и ростовые факторы, которые влияют на клетки, им­плантированные вместе с матрицей, и ускоряют формиро­вание сосудистой сети без применения сторонних агентов.

Заключение

Несмотря на успехи, достигнутые авторами проанали­зированных работ, в настоящее время не существует го­товых технологий преваскуляризации имплантатов любого типа, которые применялись бы в клинической практике. Тем не менее костные скаффолды, подвергнутые пред­варительной васкуляризации, ускоряют восстановление дефектов, что вызывает интерес в области детской трав­матологии и ортопедии, где забор аутотрансплантатов крайне затруднен.

Твердые конструкции на основе пластика или фосфа­тов кальция способствуют проявлению остеоиндуктив­ных свойств тканеинженерных конструкций. Благодаря различным твердым конструкциям удается приблизить разрабатываемый материал по механическим свойствам к нативной костной ткани, что впоследствии позволит избежать эффекта экранирования напряжений, разруша­ющего костную ткань, которая прилежит к имплантируе­мому образцу.

Гель-носитель с клетками — важная часть разраба­тываемых костно-пластических материалов. Коллагены и GelMA улучшают пролиферацию клеток, а также помо­гают преодолеть возможные трудности с адгезией кле­ток к поверхности жесткого каркаса. В случае сочетания нескольких типов клеток, в основном МСК и HUVEC, на­блюдают значительно более выраженные положительные эффекты при формировании как сосудистой сети, так и костной ткани.

Иным методом, который может заменить использо­вание двух типов клеток или увеличить скорость восста­новления кости и образования сосудистой сети, является применение дифференцировочных факторов. Наиболее перспективной комбинацией, как показало большинство работ, выступает совмещение нескольких типов клеток с добавлением BMP-2, участвующего в дифференцировке в остеобластическом направлении, и VEGF, способствую­щего формированию сосудистой сети.

Литература

1.     Kneser U., Kaufmann P.M., Fiegel H.C., et aL Long-term differentiated function of heterotopically transplanted hepatocytes on three-dimension­al polymer matrices // J Biomed Mater Res. 1999. Vol. 47, N. 4. P. 494-503.

2.     Kushchayeva Y., Pestun I., Kushchayev S., et al. Ad­vancement in the treatment of osteoporosis and the effects on bone healing // J Clin Med. 2022. Vol. 11, N. 24. P. 7477 doi: 10.3390/jcm11247477

3.     You Q., Lu M., Li Z., et al. Cell sheet technology as an engi­neering-based approach to bone regeneration // Int J Nanomedicine. 2022. Vol. 17 P. 6491-6511. doi: 10.2147/IJN.S382115

4.     Zhang J., Huang Y., Wang Y., et al. Construction of biomimetic cell-sheet-engineered periosteum with a double cell sheet to repair calvarial defects of rats // J Orthop Translat. 2023. Vol. 38. P. 1-11. doi: 10.1016/j.jot.2022.09.005

5.     Pirraco R.P., Iwata T., Yoshida T., et al. Endothelial cells enhance the in vivo bone-forming ability of osteogenic cell sheets // Lab In­vest. 2014. Vol. 94, N. 6. P. 663-673. doi: 10.1038/labinvest.2014.55

6.     Kawecki F., Galbraith T., Clafshenkel W.P., et al. In vitro prevascu­larization of self-assembled human bone-like tissues and preclinical assessment using a rat calvarial bone defect model // Materials (Ba­sel). 2021. Vol. 14, N. 8. P. 2023.7.     Ren L., Ma D., Liu B., et al. Preparation of three-dimensional vas­cularized MSC cell sheet constructs for tissue regeneration // Biomed Res Int. 2014. Vol. 2014. doi: 10.1155/2014/301279

8.     Guo T., Yuan X., Li X., et al. Bone regeneration of mouse critical­sized calvarial defects with human mesenchymal stem cell sheets co-expressing BMP2 and VEGF // J Dent Sci. 2023. Vol. 18, N. 1. P. 135-144. doi: 10.1016/j.jds.2022.06.020 2023

9.     Lin Z., Zhang X., Fritch M.R., et al. Engineering pre-vascularized bone-like tissue from human mesenchymal stem cells through simulating endochondral ossification // Biomaterials. 2022. Vol. 283. doi: 10.1016/j.biomaterials.2022.121451

10.    Zhang H., Zhou Y., Yu N., et al. Construction of vascularized tissue-engineered bone with polylysine-modified coral hydroxy­apatite and a double cell-sheet complex to repair a large radius bone defect in rabbits // Acta Biomater. 2019. Vol. 91. P. 82-98. doi: 10.1016/j.actbio.2019.04.024

11.    Zhang D., Gao P., Li Q., et al. Engineering biomimetic perios­teum with p-TCP scaffolds to promote bone formation in calvari­al defects of rats // Stem Cell Res Ther. 2017 VoL 8, N. 1. P. 134. doi: 10.1186/s13287-017-0592-4

12.    Zhu W., Qu X., Zhu J., et al. Direct 3D bioprinting of prevascular­ized tissue constructs with complex microarchitecture // Biomateri­als. 2017 Vol. 124. P. 106-115. doi: 10.1016/j.biomaterials.2017.01.042

13.    Zhang W, Feng C., Yang G., et al. 3D-printed scaffolds with syn­ergistic effect of hollow-pipe structure and bioactive ions for vascu­larized bone regeneration // Biomaterials. 2017 Vol. 135. P 85-95. doi: 10.1016/j.biomaterials.201705.005 2017

14.    Wang X., Yunru Y., Chaoyu Y., et al. Microfluidic 3D printing responsive scaffolds with biomimetic enrichment channels for bone regeneration // Adv Funct Mater. 2021. Vol. 31, N. 40. doi: 10.1002/adfm.202105190

15.    Xu J., Shen J., Sun Y., et al. In vivo prevascularization strategy enhances neovascularization of в-tricalcium phosphate scaffolds in bone regeneration // J Orthop Translat. 2022. Vol. 37 P 143-151. doi: 10.1016/j.jot.2022.09.001

16.    Lin Y., Shen J., Sun Y., et al. In vivo prevascularization strat­egy enhances neovascularization of p-tricalcium phosphate scaf­folds in bone regeneration // J Orthop Translat. 2022. Vol. 35, N. 7 P 1031-1041. doi: 10.1016/j.jot.2022.09.001 2019

17.    Mishra R., Roux B.M., Posukonis M., et al. Effect of prevas­cularization on in vivo vascularization of poly(propylene fuma- rate)/fibrin scaffolds // Biomaterials. 2016. Vol. 77 P 255-266. doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.10.026

18.    Buckley C., Madhavarapu S., Kamara Z., et al. In vivo evaluation of the regenerative capacity of a nanofibrous, prevascularized, load­bearing scaffold for bone tissue engineering // Regen Eng Transl Med. 2023. doi: 10.1007/s40883-023-00303-3

19.    Nulty J., Freeman FE., Browe D.C., et al. 3D bioprinting of prevascularised implants for the repair of critically-sized bone defects. Acta Biomater. 2021. Vol. 126. P. 154-169. doi: 10.1016/j.actbio.2021.03.003

20.    Hann S.Y., Cui H., Esworthy T., et al. Recent advances in 3D print­ing: vascular network for tissue and organ regeneration // Transl Res. 2019. Vol. 211. P 46-63. doi: 10.1016/j.trsl.2019.04.002

21.    Li C., Han X., Ma Z., et al. Engineered customizable microvessels for progressive vascularization in large regenerative implants // Adv Healthc Mater. 2022. Vol. 11, N. 4. doi: 10.1002/adhm.202101836

22.    Anada T., Pan C.C., Stahl A.M., et al. Vascularized bone-mi­metic hydrogel constructs by 3D bioprinting to promote osteogen­esis and angiogenesis // Int J Mol Sci. 2019 Vol. 20, N. 5. P 1096. doi: 10.3390/ijms20051096

23.    Kuss M.A., Wu S., Wang Y., et al. Prevascularization of 3D printed bone scaffolds by bioactive hydrogels and cell co-culture // J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2018. Vol. 106, N. 5. P 1788-1798. doi: 10.1002/jbm.b.33994

24.    Шабунин А.С., Асадулаев М.С., Виссарионов С.В., и др. Хирур­гическое лечение детей с обширными дефектами костной ткани (обзор литературы) // Ортопедия, травматология и восстанови­тельная хирургия детского возраста. 2021. Т. 9, № 3. C. 353-366. EDN: XHHVUM doi: 10.17816/PTORS65071

25.     Weigand A., Beier J.P., Hess A., et al. Acceleration of vascularized bone tissue-engineered constructs in a large animal model combin­ing intrinsic and extrinsic vascularization // Tissue Eng Part A. 2015. Vol. 21, N. 9-10. P 1680-1694. doi: 10.1089/ten.TEA.2014.0568

26.    Steiner D., Reinhardt L., Fischer L., et al. Impact of endothelial progenitor cells in the vascularization of osteogenic scaffolds // Cells. 2022. Vol. 11, N. 6. doi: 10.3390/cells11060926

27.    Koepple C., Pollmann L., Pollmann N.S., et al. Microporous poly­lactic acid scaffolds enable fluorescence-based perfusion imaging of intrinsic in vivo vascularization // Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, N. 19. doi: 10.3390/ijms241914813

28.    Kratzer S., Arkudas A., Himmler M., et al. Vascularization of poly- e-caprolactone-collagen i-nanofibers with or without sacrificial fibers in the neurotized arteriovenous loop model // Cells. 2022. Vol. 11, N. 23. doi: 10.3390/cells11233774

29.     Eweida A., Flechtenmacher S., Sandberg E., et al. Systemically injected bone marrow mononuclear cells specifically home to axially vascularized tissue engineering constructs // PLoS One. 2022. Vol. 17 N. 8. doi: 10.1371/journal.pone.0272697 2022

30.    Vaghela R., Arkudas A., Gage D., et al. Microvascular develop­ment in the rat arteriovenous loop model in vivo - a step by step in­travital microscopy analysis // J Biomed Mater Res A. 2022. Vol. 110, N. 9. P 1551-1563. doi: 10.1002/jbm.a.373 9 5

31.    Kim B.S., Chen S.H., Vasella M., et al. In vivo evaluation of me­chanically processed stromal vascular fraction in a chamber vascu­larized by an arteriovenous shunt // Pharmaceutics. 2022. Vol. 14, N. 2. P 417 doi: 10.3390/pharmaceutics14020417

32.    Yuan Q., Bleiziffer O., Boos A.M., et al. PHDs inhibi­tor DMOG promotes the vascularization process in the AV loop by HIF-1a up-regulation and the preliminary discussion on its kinetics in rat // BMC Biotechnol. 2014. Vol. 14, N. 1. P 112. doi: 10.1186/s12896-014-0112-x

33.    Biggemann J., Pezoldt M., Stumpf M., et al. Modular ceramic scaffolds for individual implants // Acta Biomater. 2018. Vol. 80. P 390-400. doi: 10.1016/j.actbio.2018.09.008 2018

34.    Kengelbach-Weigand A., Thielen C., Bauerle T., et al. Personalized medicine for reconstruction of critical-size bone defects - a trans­lational approach with customizable vascularized bone tissue // NPJ Regen Med. 2021. Vol. 6, N. 1. P 49. doi: 10.1038/s41536-021-00158-8

35.    Wu X., Wang Q., Kang N., et al. The effects of different vascular carrier patterns on the angiogenesis and osteogenesis of BMSC-TCP- based tissue-engineered bone in beagle dogs // J Tissue Eng Regen Med. 2017 Vol. 11, N. 2. P 542-552. doi: 10.1002/term.2076

36.    Yang Y.P., Gadomski B.C., Bruyas A., et al. Investigation of a prevascularized bone graft for large defects in the ovine t ibia // Tissue Eng Part A. 2021. Vol. 27 N. 23-24. P 1458-1469. doi: 10.1089/ten.TEA.2020.0347

37.    Yang Y.P., Labus K.M., Gadomski B.C., et al. Osteoinduc­tive 3D printed scaffold healed 5 cm segmental bone defects in the ovine metatarsus // Sci Rep. 2021. Vol. 11, N. 1. P 6704. doi: 10.1038/s41598-021-86210-5

38.    Vidal L., Brennan M.A., Krissian S., et al. In situ production of pre-vascularized synthetic bone grafts for regenerating critical­sized defects in rabbits // Acta Biomater. 2020. Vol. 114. P 384-394. doi: 10.1016/j.actbio.2020.07.030

39.Kawai T., Pan C.C., Okuzu Y., et al. Combining a vascular bundle and 3D printed scaffold with bmp-2 improves bone repair and angio­genesis // Tissue Eng Part A. 2021. Vol. 27 N. 23-24. P. 1517-1525. doi: 10.1089/ten.TEA.2021.0049


Авторы:

Юрий Алексеевич Новосад, аспирант;

* Полина А. Першина, клинический ординатор

Антон Сергеевич Шабунин, научный сотрудник;

Марат Сергеевич Асадулаев, канд. мед. наук;

Ольга Леонардовна Власова, д-р физ.-мат. наук, доцент

Сергей Валентинович Виссарионов, д-р мед. наук, профессор, чл.-корр. РАН;



Теги: преваскуляризованные костные скаффолды
234567 Начало активности (дата): 27.05.2024 10:56:00
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова:  преваскуляризованные костные скаффолды; артериовенозные петли; 3D-биопечать; клеточные листы
12354567899

Похожие статьи

Реабилитация больных с заболеваниями и травмой шейного отдела позвоночника в раннем и позднем послеоперационном периоде анализ российских и зарубежных рекомендаций)
Рентген на дому 8 495 22 555 6 8
Отдалённые результаты профилактики лечения перипротезной инфекции в онкоортопедии
Ревизионные оперативные вмешательства после артродезирования голеностопного сустава с фиксацией ретроградным интрамедуллярным стержнем на фоне осложнений механического происхождения
Новый способ определения диагностических параметров суставного хряща : от теории к практике(клинический пример)
Статьи по заболеваниям
  • Травматология
  • Перелом шейки бедра
  • Туберкулез
Популярные статьи
  • Как выглядит половой акт, секс в аппарате МРТ - видео 28.10.2011
    Сколько держать лед при сильном ушибе? 17.12.2012
    Программа для просмотра МРТ и томограмм 28.10.2016
    Подготовка к рентгену пояснично-крестцового отдела позвоночника 03.10.2015
    Протокол контроля качества работы рентгеновских компьютерных томографов
    Ушиб пальца руки 11.02.2014
    МРТ во время полового акта 02.09.2016
    Мази от ушибов и травм 03.12.2016
    Повязки и перевязочные материалы 19.06.2013
    Какие журналы нужно вести в рентгенкабинете 03.04.2012
Популярные разделы
  • Травматология
  • Травмы и заболевания тазобедренных суставов
  • Артрозы и артриты
  • Все о боли
<
МосРентген Центр | Цифровой рентген на дому
© 1999–2025. Сайт Александра Дидковского
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика
  • 8-495-22-555-6-8
  • 1@trauma.ru
  • Прайслист
  • Контакты
  • WhatsApp
  • ЦИФРОВОЙ РЕНТГЕН НА ДОМУ
    8-495-22-555-6-8
    при переломе шейки бедра и пневмонии от компании МосРентген Центр - партнера Института имени Склифосовского
    подробно
  • РЕНТГЕН ПОД КЛЮЧ
    Лицензирование рентгеновских кабинетов
    подробно
  • Продажа цифрового рентгена
    Рентген дигитайзер AGFA CR12-X - оцифровщик рентгеновских снимков
    подробно