RU2482881C1 - Способ получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов - Google Patents
Способ получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2482881C1 RU2482881C1 RU2012120883/15A RU2012120883A RU2482881C1 RU 2482881 C1 RU2482881 C1 RU 2482881C1 RU 2012120883/15 A RU2012120883/15 A RU 2012120883/15A RU 2012120883 A RU2012120883 A RU 2012120883A RU 2482881 C1 RU2482881 C1 RU 2482881C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bone
- bone defect
- defect replacement
- sodium
- medicine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине и ветеринарии, а именно к реконструктивной хирургии, предназначено для применения в области трансплантологии, травматологии, хирургии и онкологии. Описан способ получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов, основой которой является кость, анатомически соответствующая замещаемой, которую деиммунизируют в 5-10% растворе, приготовленном из сухой смеси хлорита натрия, перхлората натрия, натрия хлорида в соотношении 7:2:1 и дистиллированной воды; покрывают гетерогенным имплантируемым гелем и колонизируют мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками, выделенными из костного мозга реципиента методом иммуномагнитной сепарации. Способ обеспечивает замещение костных дефектов значительных по площади, высокую прочность, быструю фиксацию и репарацию конструкции в зоне имплантации, не приводит к развитию реакции отторжения. 1 табл., 4 ил.
Description
Изобретение относится к медицине и ветеринарии, а именно к реконструктивной хирургии, предназначено для применения в области трансплантологии, травматологии, хирургии и онкологии.
Известен способ получения биоинженерной конструкции для закрытия костных дефектов с восстановлением в них костной ткани, при котором используется синтетическая основа, выделение стромальных клеток из жировой ткани или костного мозга реципиента с последующим культивированием, после чего клетки пассируют на поверхность многофункционального, биосовместимого, нерезорбируемого покрытия гибридного имплантата, представляющего собой пористую мембрану из политетрафторэтилена с размерами пор 200-500 мкм, и инкубируют в остеогенной среде в течение 14 дней (патент РФ №2416434).
Недостатки указанного аналога: синтетическая основа конструкции не имеет анатомических особенностей кости; поверхность конструкции колонизируют клетками-предшественниками костной ткани, не способными сформировать фиксирующую соединительнотканную капсулу и капиллярную сеть; при повреждении биоактивного покрытия политетрафторэтилен основы конструкции не способен обеспечить адгезию клеток на своей поверхности, что ведет к ухудшению функциональных характеристик биоимплантата и развитию местной воспалительной реакции; возможна хроническая травматизация тканей реципиента в зонах крепления конструкции к кости из-за различной плотности материалов.
Известны способы получения биоинженерных конструкций для замещения костных дефектов, в основе которых лежит насыщение культурой аутологичных мультипотентных клеток, выделенных из костного мозга, пористых матриксов из гранулированных биокерамических материалов на основе гидроксиапатита или из натуральных кораллов Acropora sp., Porites sp. [Vaccaro A.R. The Role of the Osteoconductive Scaffold in Synthetic Bone Graft // Orthopedics, 2002, V.25, №5, Suppl., P. s571-s578; Louisia S., Stromboni M., Meunier A., Sedel L, Petite H. Coral grafting supplemented with bone marrow // J Bone Joint Surg [Br], 1999; V.81-B, №4, P.719-724]. Однако установлено, что такой подход имеет значимые недостатки. В частности, биокерамические материалы в организме плохо рассасываются, и их остатки оказываются замурованными в костную ткань, что делает ее менее прочной [Сергеева Н.С., Франк Г.А., Свиридова И.К., Кирсанова В.А., Ахмедова С.А., Антохин А.И. Роль аутогенных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в тканеинженерных конструкциях на основе натуральных кораллов и синтетических биоматериалов при замещении костных дефектов у животных. // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия, 2009, т.IV, №4, с.56-64]. Кроме того, керамику на основе гидроксиапатита можно использовать только для замещения участков костей, не несущих значительных механических нагрузок, что обусловлено хрупкостью материала и его высокой чувствительностью к коррозии под напряжением в физиологических жидкостях организма, приводящей к разрушению имплантата [Баринов С.М. Керамические и композиционные материалы на основе фосфатов кальция для медицины. // Успехи химии, 2010, 79(1), с.15-32]. Высокая порозность естественных корралов обусловливает хрупкость материала. По этой причине подобные конструкции рекомендовано использовать либо для восстановления дефектов губчатой костной ткани, либо в сочетании с металлическими пластинами, несущими опорную функцию [Demers С., Hamdy С.R., Corsi К., Chellat F., Tabrizian M., Yahia L. Natural coral exoskeleton as a bone graft substitute: A review // Bio-Medical Materials and Engineering, 2002, V.12, №1, P.15-35].
Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является способ получения трансплантата "Био-матрикс имплант I" для стоматологии [патент РФ 2136298). Этот способ предусматривает деиммунизацию донорской кости, включает предварительное распиливание кости на блоки размером 3×2×1 см, получение сквозных отверстий размером от 0,1 мм до 10 мм в каждой плоскости блока, не менее одного отверстия на 1 см2, обработку блоков смесью ферментов, состоящей от 0,1-1% раствора трипсина и 0,125-0,3% раствора папаина, взятых в соотношении 1:1. Затем в смеси 1% раствора перекиси водорода и 1% раствора этанола, взятых в соотношении 1:1, отмывают и заполняют каждое отверстие блока материалом, состоящим из солей двух- и/или трехвалентных металлов, коллагена, алкилпроизводных, или карбоксилалкилпроизводных, или гидроксиалкилпроизводных целлюлозы, сульфатированных гликозаминогликанов и воды, после чего костный блок замораживают, лиофилизируют и стерилизуют облучением дозой 2,5 Мград.
Недостатки прототипа: 1) при использовании имплантата, полученного указанным способом, возможно замещение костных дефектов только небольшой площади (не более 3×2×1 см), что ограничивает его применение в области стоматологии и челюстно-лицевой хирургии; 2) длительный процесс фиксации и репарации имплантата в организме реципиента.
Задачей изобретения является разработка способа получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов значительных по площади, обеспечивающего сохранение физических и анатомических особенностей донорской кости, высокую прочность, быструю фиксацию в зоне имплантации и репарацию тканью реципиента, отсутствие реакции отторжения имплантата.
Задача решается тем, что в качестве основы биоинженерной конструкции используют донорскую кость, которую деиммунизируют с помощью хлорсодержащих окислителей, затем наносят гетерогенный имплантируемый гель и колонизируют мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК).
Заявляемый способ получения биоинженерной конструкции осуществляют следующим образом. Кость человека или животного очищают от мягких тканей. При толщине стенки кости более 5 мм ее перфорируют. Затем кость помещают в деиммунизирующий 5-10% раствор, приготовленный из сухой смеси хлорита натрия, перхлората натрия, натрия хлорида в соотношении 7:2:1 и дистиллированной воды. Кость полностью погружают в приготовленный раствор и выдерживают в темноте от 1 до 4 месяцев в зависимости от размеров и толщины стенки кости. Костно-мозговой канал промывают раствором указанного состава 1 раз в 3 суток. Деиммунизированную кость хранят при t=-70°C в смеси диметилсульфоксида и 6% раствора декстрана в соотношении 1:9 в 0,9% растворе хлорида натрия. Затем деиммунизированную кость последовательно промывают в дистиллированной воде и стерильном 0,9% растворе хлорида натрия, поверхность покрывают гетерогенным имплантируемым гелем, таким как «Сферогель» или «Матригель». Для получения ММСК у реципиента производят забор костного мозга. Мононуклеарные клетки выделяют на градиенте фиколл-урографин (плотность 1,077) центрифугированием при 900 g. Затем клетки дважды отмывают от фиколла, центрифугируют при 600 g в среде RPMI 1640. Из полученной суспензии методом иммуномагнитной сепарации выделяют мезенхимальные CD 271+ клетки, которые культивируют в среде MACS NH Expansion Medium (Miltenyi Biotec), содержащей 10% фетальной телячьей сыворотки, L-глутамина 2 мМ, пенициллина G 100 МЕ/мл, стрептомицина 100 мкг/ мл, в пластиковых культуральных флаконах при t 37°C и 5% CO2 в течение 2-3 пассажей. Затем среду с взвешенными клетками удаляют и фракцию, способную к адгезии, культивируют в течение 3-6 пассажей в среде указанного состава. Оценивают фенотип клеток методом проточной цитометрии. Клетки равномерно распределяют по поверхности конструкции сразу после нанесения геля. Для заселения конструкции используют суспензию клеток, содержащую не менее 85% CD271+ клеток. Конструкцию помещают в среду RPMI 1640, содержащую 10% фетальной телячьей сыворотки, L-глутамина 2 мМ, пенициллина G 100 МЕ/мл, стрептомицина 100 мкг/ мл, и инкубируют при 37°C в течение 3-10 суток.
Прочность полученной биоинженерной конструкции изучали на сжатие по показателям «предел текучести», «модуль упругости» и «предел прочности» в соответствие с ГОСТ 4651-82 на участке деформационной кривой от 10 до 30 МПа. Для проведения исследований использовали лучевые и плечевые кости пяти взрослых собак, подвергнутых эвтаназии вследствие получения травм, несовместимых с жизнью. Средний возраст животных 9±1,2 года. Кости очищали от мягких тканей, из костно-мозгового канала удаляли остатки костного мозга. Для сравнительного анализа использовали диафизарные фрагменты костей цилиндрической формы высотой 20 мм. Подготовленные фрагменты костей были разделены на две группы: контрольная и опытная (фрагменты костей обработаны по заявляемому способу). Испытания на сжатие проводились на универсальной испытательной машине Zwick/Roell z020. Результаты исследования представлены в таблице.
Кость | Группа | Предел текучести δ0,2, МПа | Модуль упругости, МПа | Предел прочности, МПа |
Плечевая | опытная | 84±2,1 | 1740±353 | 89±2,1 |
контрольная | 81±12,5 | 1602±102 | 90±5,2 | |
Лучевая | опытная | 78±8,2 | 1720±233 | 87±16,3 |
контрольная | 79±21,0 | 1852±212 | 94±18,6 |
Достоверных различий в группах сравнения не выявлено (p>0.05),
Реакцию острого отторжения биоинженерной конструкции и ее репарацию клетками донора изучали на мышах линии СВА. Для получения биоинженерной конструкции по заявляемому способу использовали бедренные кости мышей. Далее выполняли гетеротопную сингенную имплантацию полученной биоинженерной конструкции мышам линии Balb/c под кожу на спине. Через 3 месяца после имплантации биоинженерную конструкцию извлекали и проводили морфологическое исследование.
Изобретение иллюстрировано фигурами 1-4.
Фиг.1 - продольный срез биоинженерной конструкции из бедренной кости мыши через 3 месяца после гетеротопной сингенной имплантации. Ув.100.
Фиг.2 - продольный срез биоинженерной конструкции из бедренной кости мыши с сохранением структуры губчатого вещества костно-мозгового канала через 3 месяца после гетеротопной сингенной имплантации. Ув.200.
Фиг.3 - реколонизация клетками поверхности биоинженерной конструкции из бедренной кости мыши через 3 месяца после гетеротопной сингенной имплантации. Ув.400.
Фиг.4 - реколонизация клетками донорской ткани биоинженерной конструкции из бедренной кости мыши через 3 месяца после гетеротопной сингенной имплантации. Ув.900.
Через 3 месяца после гетеротопной сингенной имплантации признаки механической и ферментативной деградации макро- и микроструктуры биоинженерной конструкции не наблюдали (Фиг.1, 2). На фиг.3 и 4 представлена реколонизация бесклеточной костной основы имплантированной биоинженерной конструкции клетками реципиента. На поверхности конструкции - формирование клеточного слоя, морфологически сходного с тканью надкостницы (Фиг.3), и соединительно-тканного слоя (Фиг.2).
Технический результат
Заявляемый способ обеспечивает замещение костных дефектов, значительных по площади, высокую прочность, быструю фиксацию и репарацию конструкции в зоне имплантации, не приводит к развитию реакции отторжения.
Claims (1)
- Способ получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов, основой которой является деиммунизированная костная ткань, отличающийся тем, что кость, анатомически соответствующую замещаемой, деиммунизируют в 5-10%-ном растворе, приготовленном из сухой смеси хлорита натрия, перхлората натрия, натрия хлорида в соотношении 7:2:1 и дистиллированной воды; покрывают гетерогенным имплантируемым гелем и колонизируют мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками, выделенными из костного мозга реципиента методом иммуномагнитной сепарации.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012120883/15A RU2482881C1 (ru) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Способ получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012120883/15A RU2482881C1 (ru) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Способ получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2482881C1 true RU2482881C1 (ru) | 2013-05-27 |
Family
ID=48791824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012120883/15A RU2482881C1 (ru) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Способ получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2482881C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644828C1 (ru) * | 2017-02-07 | 2018-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ закрытия дефекта в кости |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2136298C1 (ru) * | 1998-10-22 | 1999-09-10 | Иванов Сергей Юрьевич | Способ получения трансплантата "био-матрикс имплант i" для стоматологии |
RU2385740C1 (ru) * | 2008-09-17 | 2010-04-10 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Физики Прочности И Материаловедения Сибирского Отделения Ран (Ифпм Со Ран) | Биоактивное покрытие на имплантате из титана и способ его получения |
RU2416434C1 (ru) * | 2009-12-24 | 2011-04-20 | Анатолий Алексеевич Кулаков | Биоинженерная конструкция для закрытия костных дефектов с восстановлением в них костной ткани и способ получения указанной конструкции |
-
2012
- 2012-05-22 RU RU2012120883/15A patent/RU2482881C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2136298C1 (ru) * | 1998-10-22 | 1999-09-10 | Иванов Сергей Юрьевич | Способ получения трансплантата "био-матрикс имплант i" для стоматологии |
RU2385740C1 (ru) * | 2008-09-17 | 2010-04-10 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Физики Прочности И Материаловедения Сибирского Отделения Ран (Ифпм Со Ран) | Биоактивное покрытие на имплантате из титана и способ его получения |
RU2416434C1 (ru) * | 2009-12-24 | 2011-04-20 | Анатолий Алексеевич Кулаков | Биоинженерная конструкция для закрытия костных дефектов с восстановлением в них костной ткани и способ получения указанной конструкции |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644828C1 (ru) * | 2017-02-07 | 2018-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ закрытия дефекта в кости |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Griffin et al. | Evolution of bone grafting: bone grafts and tissue engineering strategies for vascularized bone regeneration | |
Khaled et al. | Suppl 2: tissue engineering for bone production-stem cells, gene therapy and scaffolds | |
EP2854883B1 (en) | Biomatrix hydrogels and methods of use thereof | |
Pieri et al. | Dose-dependent effect of adipose-derived adult stem cells on vertical bone regeneration in rabbit calvarium | |
Yoshimi et al. | Self-assembling peptide nanofiber scaffolds, platelet-rich plasma, and mesenchymal stem cells for injectable bone regeneration with tissue engineering | |
KR102248576B1 (ko) | 세포 및 조직 성장을 촉진하기 위한 고체 기질 | |
CN1973910B (zh) | 一种组织工程骨 | |
Zhao et al. | The study of the feasibility of segmental bone defect repair with tissue-engineered bone membrane: a qualitative observation | |
CN107854732A (zh) | 改进空隙及孔隙促进细胞黏附率的复合支架及制备方法 | |
JP2003235953A (ja) | フォスフォフォリンを含む複合生体材料 | |
Giannoudis et al. | Mesenchymal stem cells and skeletal regeneration | |
RU2482881C1 (ru) | Способ получения биоинженерной конструкции для замещения костных дефектов | |
CN114302748A (zh) | 衍生自有孔虫的骨移植材料 | |
Hamajima et al. | Osteoanagenesis after transplantation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells using polyvinylidene chloride film as a scaffold | |
Baranovskii et al. | Minimally Manipulated Bone Marrow-Derived Cells Can Be Used for Tissue Engineering In Situ and Simultaneous Formation of Personalized Tissue Models | |
JP5306831B2 (ja) | 骨の移植、エンジニアリングおよび再生を目的としたフカン類の使用 | |
Pathak et al. | Bone tissue engineering: latest trends and future perspectives | |
Kahle et al. | Embryonic stem cells induce ectopic bone formation in rats | |
Moran et al. | Biofunctional materials for bone and cartilage tissue engineering | |
RU86455U1 (ru) | Биоинженерная конструкция | |
CN109498841B (zh) | 一种生物型骨膜修复材料及其制备方法 | |
Beri et al. | Tissue engineering in maxillofacial region from past to present | |
Trebunova et al. | Biocompatibility of the human mesenchymal stem cells with bovine bone tissue at the cellular level in vitro | |
Favi | Engineering Bacterial Cellulose Scaffold and its Biomimetic Composites for Bone and Cartilage Tissue Regeneration | |
Suh et al. | Effects of co-culture of dental pulp stem cells and periodontal ligament stem cells on assembled dual disc scaffolds |