Остеоинтеграция биоматериалов

Процесс остеоинтеграции биоматериала с костной тканью может осуществляться через прямые или опосредованные механизмы. В первую группу факторов следует отнести специфические ростовые гормоны, оказывающие непосредственное действие на остеогенные клетки-предшественники, стимулируя процессы пролиферации и дифференцировки. Основным на сегодняшний день главным действующим лицом является семейство морфообразующих белков костной ткани. При этом следует учитывать, что в реальном остеогенезе ростовой фактор действует кратковременно, локально и в соответствующий момент времени, как правило, в ансамбле с другими цитокинами и медиаторами. В идеальном случае, без учета воспалительной реакции, в месте действия МБК должно быть необходимое количество чувствительных к ним остеогенных прекурсоров и высокое напряжение кислорода. Первое условие может быть выполнено за счет использования хемотаксических факторов, привлекающих остеогенные клетки к биоматериалу, и их фиксации с помощью молекул адгезии и адгезинов данных прекурсоров, адсорбированных на поверхности имплантатов. Второе - за счет стимуляции ангиогенеза. 

Фиксация костных клеток к биоматериалу осуществляется за счет молекул адгезии (фибронектин, витронектин, сиаладгезин и т.п.), а также интегринов (Horwitz et al., 1986; Tamkun et al., 1986; Wang et al., 1993; Garcia et al., 1998). По-видимому, дальнейший прогресс при создании новых типов селективных покрытий будет связан с включением в них активных векторных молекул. Так, используя остеобласты человека, крысы и остеобластную линию мышиных MC3T3HI клеток, было показано, что интегрины, нанесенные на поверхность циклического RGD-пептида, дозозависимо стимулируют прилипание костных клеток  .

В настоящее время для большинства мезенхимных клеток, например лимфоцитов, макрофагов, стволовых клеток крови, выявлен ряд факторов, обладающих выраженным хемотаксическим действием. Как правило, эти субстанции входят в состав цитокинов и интегринов, с помощью которых регулируется пролиферативная активность соответствующих прекурсоров. По аналогии хемотаксическими свойствами по отношению к остеогенным клеткам должны обладать факторы, стимулирующие их пролиферацию и дифференцировку (МБК, ФРФ, ТФР, ИПФР и др.). Работы, выполненные в этом направлении, дают противоречивую, часто взаимоисключающую информацию. Мы попытались рассмотреть эту проблему с разных сторон.

Эффективность действия биоматериала, содержащего реком бинантный МБК, зависит от связывающих свойств имплантата, скорости выхода из него данного протеина, распределения белка вокруг имплантата и периода нахождения в окружающих тканях. Это было продемонстрировано при использовании биоматериалов, связанных с МБК-2 и МБК-4, в частности деминерализованного костного матрикса Heiistat@ (ACS), коллагеновых частиц (ILS, Plainsboro, NJ), Dexon@ полигликолиевой кислоты (Davis&G.Manati, PR). Оказалось, что различные материалы отличались между собой как по способности высвобождать ростовой фактор, так и индуцировать в результате этого процесса эктопическое костеобразование (Gusta et al., 1998). 

МБК-2 обладает более выраженными остеоиндуктивными свойствами, чем МБК-4. МБК-2 способен стимулировать процесс эктопического костеобразования в дозе 210 ЕД/мг при включении его в структуру коллагена или иного носителя, например, выполненного из полимеров (полиэстер, виниловый ацетат этилена). Фармокинетика ростового фактора показала, что 95,64% его теряется в течение 24 часов, а остальное количество, как правило, более медленно выводится к 10 суткам опыта. Кроме остеогенеза, МБК-2 способствует конденсации мезенхимных клеток и ангиогенезу (Gusta et al., 1998; Kim et al., 1998; Bruijn et al., 1998). 

Как уже говорилось, стимуляцию процесса интеграции биоматериала с костной тканью можно осуществить не только через прямую активацию остеогенных клеток, но и путем ускорения неоангиогенеза, поддерживающего высокое напряжение кислорода в ткани. Так, в опытах на крысах было показано, что фактор роста фибробластов-1 обладает способностью стимулировать процессы ангиогенеза и остеогенеза как самостоятельно, так и в сочетании с частицами ГА, сгустком фибрина и другими факторами, не вызывая развития фиброза или воспалительной реакции. При этом в зоне повреждения костной ткани уровень ФРФ-1 был достоверно выше, чем в противоположной неповрежденной кости (Kelpke et al., 1998). Механизмы ОИ и ОК были рассмотрены ранее. 

А.В. Карпов, В.П. Шахов 

Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики