Экспериментальное исследование регенераторных процессов в дефектах челюстной кости при использовании остеопластического материала Гапкол с гиалуроновой кислотой и хондроитин-сульфатом

Актуальность проблемы Разработка остеопластических материалов была и остается актуальной проблемой современной медицины и, в том числе, стоматологии. Число работ, посвященных изучению свойств известных и новых материалов, способных заполнить костные дефекты и инициировать построение костной ткани, непрерывно растет. Основной тенденцией в развитии этого важного направления в настоящее время является замена материалов биогенного происхождения на искусственные. К этому имеется много предпосылок, основными из них являются: иммуногенность, высокая вероятность переноса трансмиссионных заболеваний, трудности хранения и стерилизации материалов, взятых у биологических объектов и др. Усилиями отечественных и зарубежных ученых и технологов разработана серия синтетических материалов, используемых в остеопластике. Эти материалы лишены токсических свойств, не вызывают сенсибилизации организма, резорбируются с замещением полноценной костной тканью, легко стерилизуются и хорошо хранятся, они удобны для применении в клинике (Леонтьев В.К., Воложин.

A.И., Курдюмов С. Г., 1995). Отечественными фирмами: Интермедапатит, Остим-100, ЗАО «Полистом» и др. разработана серия синтетических остеопластических материалов, которые широко используются в клинической стоматологической практике (А.И. Воложин и др., 1998— 2002; А. И. Воложин и др., 2004; С. Г. Курдюмов и др., 2000; А. Ю. Дробышев, 2001). Основным составляющим этих материалов является синтетический или (реже) природный минеральный компонент (гидроксиапатит и другие фосфорно-кальциевые соединения) (Леонтьев.

B.К., 1996; Воложин А. И., Курдюмов С. Г., Истранов Л. П., Орловский В. П., 1998) и коллаген животного происхождения, а также искусственные полимеры: полиэтилен, полиамид и др. (Воложин А.И., Агапов B.C. и др.,.

2000) В стоматологической практике и, в частности, в пародонтологии широкое применение нашли остеопластические материалы, выполненные на основе синтетического гидроксиапатита, трикальцийфосфата и коллагена, выделенного из кожи животных (Орловский В.П., Баринов С. М., Курдюмов С. Г. 2000; Янушевич О. О., 2001). Однако клиническая практика показывает, что в стоматологии и, особенно в пародонтологии часто возникает необходимость в применении более эффективных материалов, обладающих повышенными остеопластическими свойствами. Это в первую очередь обусловлено низкой регенераторной способностью альвеолярной кости, особенностью ее анатомического расположения, легкой подверженностью инфицированию со стороны полости рта. Применение современной мембранной техники, бактерицидных препаратов и других средств не всегда позволяет в достаточной мере обеспечить оптимальные условия для восстановления тканей при прогрессирующих воспалительно-дистрофических процессах в пародонте (Г.М. Барер, Т. И. Лемецкая, 1996). Поэтому улучшение остеопластических свойств материалов, является актуальной проблемой стоматологии и патофизиологии. С этой целью используются различные методы и технологии. Наиболее эффективным, является, по-видимому, введение в состав остеопластических материалов веществ, способствующих репаративному остеогенезу, которые разрешены к применению в медицинской практике.

Анализ данных литературы показывает, что в механизмах репаративного остеогенеза важная роль принадлежит таким важным веществам экстрацеллюлярного матрикса как сульфатированные и несульфатированные гликозаминогликаны. Из них в медицинской практике применяются хондроитинсульфат и гиалуроновая кислота. Возможно, что введение этих веществ в состав остеопластических материалов, улучшит их свойства, повысит эффективность лечения пародонтологических больных, и найдет более широкое применение в стоматологии. Для обоснования целесообразности и эффективности практического применения остеопластических материалов содержащих хондроитинсульфат и гиалуроновую кислоту, необходимо проведение доклинического исследования, что и послужило основанием для проведения данной работы.

Цель работы: Улучшение регенераторных свойств остеопластического материала Гапкол путем введения в его состав хондроитинсульфата и гиалуроновой кислоты.

Задачи исследования.

1. Использовать длительные культуры костного мозга декстеровского типа для определения биосовместимости и процессов формирования кроветворного микроокружения при использовании остеопластических материалов Гапкол и Гапкол содержащих препараты: гиалуроновую кислоту и хондроитинсульфат.

2. Определить количество и соотношение стромальных и кроветворных клеток на остеопластических материалах Гапкол, в зависимости от их состава: содержащих гиалуроновую кислоту и хондроитинсульфат, в динамике 4-недельного культивирования с декстеровской культурой костного мозга.

3. Оценить характер течения репаративных процессов в экспериментально воспроизведенных костных дефектах нижней челюсти при закрытии их обычным Гапколом.

4. Определить особенности регенерации костной ткани челюсти после закрытия костного дефекта челюсти Гапколом, содержащим гиалуроновую кислоту, в динамике после травмы.

5. Исследовать динамику регенерации костной, ткани челюсти при закрытии костных дефектов Гапколом, содержащем хондроитинсульфат.

6. Применить композицию Гапкола с комплексом препаратов гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата для ускорения темпов образования полноценного костного и костно-хрящевого регенерата после травмы челюсти в эксперименте.

Научная новизна Впервые показано, что на остеопластических материалах Гапкол происходит развитие стромальных и кроветворных клеток, и идут процессы формирования кроветворного микроокружения, обеспечивающего нормальное кроветворение. С увеличением времени культивирования на материалах наблюдается постепенное возрастание содержания стромальных и значительное увеличение содержания кроветворных клеток. Добавление к Гапколу гиалуроновой кислоты или хондроитинсульфата, а также их совместное введение приводит к увеличению числа стромальных и, особенно, кроветворных клеток в динамике 4-недельного культивирования, в среднем на 20−25%, по сравнению с показателями при использовании обычного Гапкола.

Репаративные процессы в экспериментально воспроизведенных костных дефектах нижней челюсти в эксперименте при закрытии их обычным Гапколом характеризуются интенсивным новообразованием остеогенной соединительной ткани и костных структур. В результате закрытия костного дефекта челюсти Гапколом, содержащим только гиалуроновую кислоту, развиваются воспалительно-продуктивные реакции с лимфомакрофагальными инфильтратами, торможение процессов регенерации и интенсификация образования хрящевой ткани в регенерате. Закрытие костных дефектов челюсти Гапколом с хондроитинсульфатом приводит вначале к образованию соединительнотканного регенерата с последующей его оссификацией и формированием костных структур. Для этой композиции характерно осуществление репараторного остеогенеза через фазу хондропоэза по энхондральному и перихондральному типу. К 90 суткам регенерации превалируют явления вторичной перестройки уже сформированной костной ткани.

Новыми являются данные о том, что применение композиции Гапкола с комплексом препаратов гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата существенно ускоряет темпы образования полноценного костного и костно-хрящевого регенерата.

Практическое значение Практическое значение имеют данные о том, что для оценки свойств остеопластических материалов следует использовать комплекс методов, включающих оценку их биосовместимости, а также остеоиндуктивных и остеоинтегративных свойств. Объективным способом определения биосовместимости материалов является применение длительных культур костного мозга декстеровского типа, которые также позволяют оценить условия создания микроокружения для остеогенных клеток, участвующих в регенерации костной ткани.

В результате доклинического испытания остеопластических материалов показано, что наиболее эффективная реализация остеогенного потенциала клеток, участвующих в репаративном процессе челюсти, происходит при использовании материала Гапкол, содержащего коллаген, гидроксиапатит с добавлением гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата.

Положения, выносимые на защиту.

1. На остеопластических материалах Гапкол происходят процессы формирования нормального кроветворного микроокружения и постепенное увеличение содержания стромальных и кроветворных клеток. Добавление к Гапколу гиалуроновой кислоты или хондроитинсульфата, а также их совместное применение приводит к увеличению числа клеток в динамике 4-недельного культивирования, в среднем на 20−25%. ;

2. Репаративные процессы в экспериментально воспроизведенных костных дефектах нижней челюсти в эксперименте при закрытии их обычным Гапколом характеризуются интенсивным новообразованием.

U U т" • остеогеннои соединительнои ткани и костных структур. В результате закрытия костного дефекта челюсти Гапколом с гиалуроновой кислотой, развиваются воспалительно-продуктивные реакции и интенсификация образования хрящевой ткани в регенерате.

3. Закрытие костных дефектов челюсти Гапколом с хондроитинсульфатом приводит к осуществлению репараторного остеогенеза через фазу хондропоэза по энхондральному и перихондральному типу.

4. Применение композиции Гапкола с комплексом препаратов гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата существенно ускоряет темпы образования полноценного костного и костно-хрящевого регенерата.

5. Для доклинической оценки свойств остеопластических материалов следует использовать комплекс методов in vivo и in vitro, включающих оценку биосовместимости, а также их остеоиндуктивных и остеоинтегративных свойств.

Внедрение результатов работы Разработанные методы оценки свойств остеопластических материалов внедрены на кафедре госпитальной терапевтической стоматологии, а также в учебном процессе и научной работе кафедры патологического физиологии стоматологического факультета ГОУ ВПО МГМСУ МЗ РФ.

Апробация работы Основные результаты работы доложены на:

• 1 Российском Конгрессе по патофизиологии с международным участием, октябрь, 2004 г.;

• на совместном заседании кафедр госпитальной терапевтической стоматологии и патологической физиологии стоматологического факультета ГОУ ВПО МГМСУ МЗ РФ.

Материалы диссертации опубликованы в четырех печатных работах:

1. Каткова И. С. Применение культуры костного мозга декстеровского типа для оценки свойств резорбируемых остеопластических материалов. Материалы Третьего Российского конгресса по патофизиологии с международным участием. Дизрегуляционная патология органов и систем. Москва, 2004, С.

2. Каткова И. С. Свойства резорбируемых биомембран типа Гапкол, содержащих хондроитинсульфат, на модели культуры костного мозга декстеровского типа Материалы Третьего Российского конгресса по патофизиологии с международным участием. Дизрегуляционная патология органов и систем. Москва, 2004, С 226.

3. Каткова И. С. Свойства остеопластического материала Гапкол с гиалуроновой кислотой на модели длительных культур костного мозга.// Материалы всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы стоматологии», посвященной 120-летию рождения А. И. Евдокимова, М., 2003, с 57.

4. Воложин А. И., Барер Г. М., Мальгинова И. С., Принципы доклинического анализа биосовместимости остеопластических материалов. Российский стоматологический журнал, 2005, № 3, с 17−21.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, двух глав собственных исследований, обсуждения результатов исследования, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы. Материал изложен на 123 страницах, содержит 3 таблицы, 54 рисунка. Библиографический указатель включает 174 названий, из них 89 отечественных и 85 зарубежных источников.

ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что в длительных культурах костного мозга декстеровского типа на остеопластических материалах: обычный Гапкол и Гапкол с введением в его состав составляющих экстрацеллюлярного матрикса — гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата — происходило развитие стромальных и кроветворных клеток, идут процессы формирования кроветворного микроокружения, обеспечивающего нормальное кроветворение. С увеличением времени культивирования на материалах наблюдалось постепенное возрастание содержания стромальных и значительное увеличение содержания кроветворных клеток.

2. С помощью метода длительного культивирования костного мозга показано, что добавление к Гапколу гиалуроновой кислоты или хондроитинсульфата, а также их совместное применение оказывало примерно одинаковый эффект. Он заключался в увеличении числа стромальных и, особенно, кроветворных клеток в динамике 4-недельного культивирования, в среднем на 20−25%, по сравнению с аналогичными показателями при использовании обычного Гапкола.

3. Репаративные процессы в экспериментально воспроизведенных костных дефектах нижней челюсти в эксперименте при закрытии их обычным Гапколом характеризовались интенсивным новообразованием остеогенной соединительной ткани и костных структур, сопровождались активным течением пролиферативных процессов на ранних стадиях наблюдений. В дальнейшем происходило заполнение дефекта костным регенератом с последующей вторичной перестройкой и созреванием новообразованной ткани.

4. В результате закрытия костного дефекта челюсти Гапколом, содержащим только гиалуроновую кислоту, во все сроки наблюдений отмечались воспалительно-продуктивные реакции с лимфомакрофагальными инфильтратами и заметное торможение процессов регенерации по сравнению с группой сравнения (применение обычного Гапкола). Особенно интенсифицировалось образование хрящевой ткани в регенерате.

5. При закрытии костных дефектов челюсти Гапколом с хондроитинсульфатом наблюдалось вначале образование соединительно-тканного регенерата с последующей его оссификацией и формированием костных структур. Характерно осуществление репараторного остеогенеза через фазу хондропоэза по энхондральному и перихондральному типу. К 90 суткам регенерации интенсивность хондропоэза снижалась и превалировали явления вторичной перестройки уже сформированной костной ткани.

6. Применение композиции Гапкола с комплексом препаратов гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата приводило к ускорению темпов образования полноценного костного и костно-хрящевого регенерата, по сравнению тем, что имело место при использовании одного из компонентов экстрацеллюлярного матрикса соединительной ткани.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Рекомендуется при проведении доклинической апробации остеопластических материалов использование комплекса методов, включающих оценку их биосовместимости, а также остеоиндуктивных и остеоинтегративных свойств. Объективным методом определения биосовместимости материалов является применение длительных культур костного мозга декстеровского типа, которые также позволяют оценить условия создания микроокружения для остеогенных клеток, участвующих в регенерации костной ткани.

2. Наиболее эффективная реализация остеогенного потенциала клеток, участвующих в репаративном процессе челюсти, происходит при использовании остеопластического материала Гапкол, содержащего коллаген, гидроксиапатит и с добавлением гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата. Это позволяет рекомендовать для клинических испытаний Гапкол, модифицированный введением в его состав компонентов экстрацеллюлярного матрикса соединительной ткани.