Разработка подходов к заместительной клеточной терапии костных дефектов

Исследование мезенхимальных стромальных клеток

В последнее десятилетие в связи с бурным развитием фундаментальных исследований в области биологии открылись перспективы регенеративной медицины, основанной на использовании ММСК (мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток) самостоятельно или в составе биоинженерных конструкций (на различных 2D или 3D матриксах).

В онкологической клинике такой подход актуален для замещения костных дефектов при реконструктивно-пластических операциях лицевого скелета и опорно-двигательного аппарата.

Для заполнения дефектов костных тканей исторически первой была апробирована биокерамика на основе гидроксиапатита (ГА). Однако низкие растворимость и механические свойства ГА явились причиной достаточно узкой его ниши в клинике.

В ИПК РАН синтезирован спектр пористых гранулированных кальций-фосфатных керамических материалов, различающихся скоростью биорезорбции и обладающих улучшенными механическими характеристиками: 6-трикальций фосфат (6ТКФ), бифазные материалы (ГА+ ВТКФ) с процентным соотношением составляющих 80/20, 60/40, 20/80; карбонатзамещенный ГА (КГА с 10 % и 100 % замещения анионами С0₃"²), КГА, кремнийзамещенный ГА (ГА-вЮг, 0,1 %). Эти материалы являются перспективными для использования в качестве матриксов для клеточных культур.

Цель исследования учёных из Московского научно-исследовательского онкологического института им. П.А.Герцена Росмедтехнологий и Института физико-химических проблем керамических материалов РАН:

• медико-биологические испытания в экспериментах in vitro и in vivo адгезивных (для клеток) свойств, цитотоксичности, способности поддерживать пролиферацию стромальных клеток и биосовместимости спектра пористых и гранулированных кальций-фосфатных керамических материалов;
• отбор наиболее перспективных образцов и создание на их основе биоинженерных конструкций с культурами аутологичных ММСК для замещения костных дефектов у экспериментальных животных.

В экспериментах in vitro на модели иммортализованных фибробластов человека (ФЧ) МТТ-методом оценены острая токсичность (24 ч культивирования) и матриксные свойства поверхности биоматериалов (до 28 суток культивирования).

Биосовместимость керамики изучена на модели подкожной трансплантации мышам линии BDFi с последующим гистологическим исследованием в динамике (до 6 месяцев).

Ломкость костей: лечение костных дефектов

Способность материалов замещать костные дефекты оценивали на модели окончатого дефекта голени крыс (линия Wistar). ММСК крысы выделяли из костного мозга (КМ).

В день операции по разработанной методике насыщали керамические материалы ММСК и имплантировали их в зону дефекта. Контрольным животным имплантировали эти же материалы без клеток.

В динамике (до 8 мес.) крысам производили рентгенологическое и морфологическое исследования зоны операции, выводя часть животных из эксперимента.

В экспериментах in vitro показано отсутствие токсичности всех 8 типов биокерамики: через 24 часа к их поверхности прикрепилось 80-90 % от инициального пула ФЧ.

Все изученные материалы обладали удовлетворительными матриксными качествами: за 28 суток культивирования пул ФЧ увеличивался на них в 6,0-7,5 раз (vs 5,0 - в контроле, на культуральном пластике).

В опытах in vivo выявлено, что данные материалы не вызывают реакции отторжения со стороны окружающих тканей, т.е. являются биосовместимыми. По скорости биорезорбции они образуют следующий ряд ГА-Si0₂ (0,1 %) —> ГА —> ГА-ТКФ (80/20) -> ВТКФ^КГА.

При динамическом наблюдении за процессом замещения костного дефекта голени крысы с использованием биоинженерных конструкций (с ММСК) на основе ГА-ТКФ, ВТКФ и ГА-БЮг установлены их остеокондуктивные и остеоиндуктивные потенции разной степени выраженности.

Общими являлись этапы восстановления костной ткани в зоне дефекта: через 3 недели после операции на фоне постепенной биорезорбции в промежутках между и в полостях отдельных гранул начался процесс оссификации, а вокруг гранул, попавших в верхний слой дефекта, - формирование надкостницы.

К 9-ой -12 неделям остатки гранул оказались вмурованными в зрелую костную ткань, а в надкостнице вокруг них выявлены цепочки остеокластов. В более поздние сроки эксперимента морфологическая картина принципиально не менялась.

В контрольных группах животных замещение дефекта происходило как минимум на две недели позднее. В то же время, в целом, скорость резорбции всех биокерамических материалов в зоне дефекта отставала от скорости образования костной ткани de novo.

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования биоинженерных конструкций с ММСК для заполнения костных дефектов и о целесообразности дальнейшего совершенствования биоматериалов - матриксов для клеточных культур.

Ссылки по теме:

• Клеточные технологии в травматологии и ортопедии
• Микроэлементы и витамины для костной и соединительной ткани
• Клеточная терапия при травмах позвоночника

Автор материала Елена Васильева, врач общей практики специально для Spinet.ru

Также стоит почитать: