Статья журнала

DOI: 10.47026/2413-4864-2023-3-58-73
Полный текст статьи

УДК: 616.71-003.93:57.089.67
ББК: P.251.1

Боков А.Е., Орлинская Н.Ю., Булкин А.А., Алейник Д.Я., Чарыкова И.Н., Егорихина М.Н., Антошина В.В.

Эффект применения мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток при костной пластике ксеногенными биоматериалами

Ключевые слова: остеогенез, репарация костной ткани, ксенотрансплантат, костная пластика, клеточные технологии, мезенхимальные стромальные клетки

В настоящее время сохраняется значительная частота дегенеративных заболеваний позвоночника после оперативных вмешательств с применением костной пластики, особенно у пациентов пожилого возраста. Результаты исследований свидетельствуют о том, что применение стволовых клеток является одним из перспективных направлений, позволяющих повысить эффективность остеоинтеграции.

Цель исследования – оценить эффективность остеогенеза в условиях применения ксенотрансплантатов с нагрузкой стволовыми клетками, а также морфологические особенности остеоинтеграции.

Материалы и методы. Экспериментальное исследование проведено на 22 кроликах-самцах. 2 животных использовались для получения стволовых клеток, остальным животным проводилась имплантация ксеногенного костнозамещающего материала «Остеоматрикс» в крыло подвздошной кости, из них 10 животным имплантировался ксенотрансплантат, не заселенный клетками, а другим 10 животным – идентичный ксенотрансплантат, заселенный мезенхимальными стромальными клетками. Вывод из эксперимента выполнялся на 60-е сутки после имплантации. Изучение материала проводилось с применением методов флуоресцентной и световой микроскопии. Для оценки статистической значимости наблюдаемых отличий (оценка пролиферации, неоангиогенеза и остеоинтеграции) в опытной и контрольной группах применялся критерий Манна–Уитни при критической значимости p ≤ 0,05.

Результаты. При использовании остеопластического материала, не нагруженного мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками в срок от 60 дней после операции, остеоинтеграция проходит через непрямой остеогенез с образованием в дальнейшем полноценной костной ткани, что увеличивает время полного заживления дефекта. В случае использования остеоматрикса, нагруженного мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками костного мозга, остеогенез проходит прямым путем с образованием полноценной костной ткани. Нагрузка остеоматрикса мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками стимулирует неоангиогенез и пролиферативную активность ткани, что способствует активации репаративных процессов костной ткани и стимулирует процессы остеоинтеграции ксенотрансплантатов.

Выводы. Применение мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток при костной пластике с использованием ксенотрансплантатов повышает эффективность остеоинтеграции за счет стимуляции прямого остеогенеза, повышения активности пролиферации и ангиогенеза.

Литература

  1. Волова Л.Т., Трунин Д.М., Пономарева Ю.Я., Попов Н.В. Исследование биосовместимости и цитотоксичности персонифицированных костных имплантатов с применением клеточных технологии // Вестник медицинского института «РЕАВИЗ» (Реабилитация, врач и здоровье). 2017. № 5. С. 32–39.
  2. Тепляшин А.С., Шарифуллина С.З., Чупикова Н.И., Сепиашвили Р.И. Перспективы использования мультипотентных стволовых клеток костного мозга и жировой ткани в регуляции регенерации опорных тканей // Аллергология и иммунология. Т. 1, № 6. С. 138–148.
  3. Athanasiou V.T., Papachristou D.J., Panagopoulos A. et al. Histological comparison of autograft, allograft-DBM, xenograft, and synthetic grafts in a trabecular bone defect: An experimental study in rabbits. Med Sci Monit, 2010, vol. 6(1), pp. 24–31. PMID: 20037482.
  4. Bartholomew A., Polchert D., Szilagyi E. et al. Mesenchymal stem cells in the induction of transplantation tolerance. Transplantation, 2009, vol. 87(9), pp. 55–57. DOI: 10.1097/TP.0b013e3181a287e6.
  5. Blanco J.F., Villarón E.M., Pescador D. et al. Autologous mesenchymal stromal cells embedded in tricalcium phosphate for posterolateral spinal fusion: Results of a prospective phase I/II clinical trial with long-term follow-up. Stem Cell Res Ther, 2019, vol. 10(1), p. 63. DOI: 10.1186/s13287-019-1166-4.
  6. Bueno E.M., Glowacki J. Cell-free and cell-based approaches for bone regeneration. Nat Rev Rheumatol, 2009, vol. 5(12), pp. 685–697. DOI: 10.1038/nrrheum.2009.228.
  7. Cao W., Cao K., Cao J., Wang Y., Shi Y. Mesenchymal stem cells and adaptive immune responses. Immunol Lett., 2015, vol. 168(2), pp. 147–153. DOI: 10.1016/j.imlet.2015.06.003.
  8. Derman P.B., Singh K. Surgical Strategies for the Treatment of Lumbar Pseudarthrosis in Degenerative Spine Surgery: A Literature Review and Case Study. HSS J., 2020, vol. 16(2), pp. 183–187. DOI: 10.1007/s11420-019-09732-9. Epub 2019 Oct 30.
  9. Diomede F., Marconi G.D., Fonticoli L. et al. Functional Relationship between Osteogenesis and Angiogenesis in Tissue Regeneration. Int J Mol Sci., 2020, vol. 21(9), pp. 3242. DOI: 10.3390/ijms21093242.
  10. Formica M., Vallerga D., Zanirato A. et al. Fusion rate and influence of surgery-related factors in lumbar interbody arthrodesis for degenerative spine diseases: A meta-analysis and systematic review. Musculoskelet Surg., 2020, vol. 104(1), pp. 1–15. DOI: 1007/s12306-019-00634-x.
  11. Fu J., Wang Y., Jiang Y. et al. Systemic therapy of MSCs in bone regeneration: a systematic review and meta-analysis. Stem Cell Res Ther., 2021, vol. 12(1), p. 377. DOI: 10.1186/s13287-021-02456-w.
  12. Genova T., Petrillo S., Zicola E. et al. The Crosstalk Between Osteodifferentiating Stem Cells and Endothelial Cells Promotes Angiogenesis and Bone Formation. Front Physiol., 2019, no. 10, p. 1291. DOI: 10.3389/fphys.2019.01291.
  13. Granero-Moltó F., Weis J.A., Miga M.I. et al. Regenerative effects of transplanted mesenchymal stem cells in fracture healing. Stem Cells, 2009, vol. 27(8), pp. 1887–1898. DOI: 10.1002/stem.103.
  14. Katagiri W., Kawai T., Osugi M. et al. Angiogenesis in newly regenerated bone by secretomes of human mesenchymal stem cells. Maxillofac Plast Reconstr Surg., 2017, vol. 39(1), p. 8. DOI: 10.1186/s40902-017-0106-4.
  15. Kiernan C.H., Wolvius E.B., Brama P.A.J., Farrell E. The immune response to allogeneic differentiated mesenchymal stem cells in the context of bone tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev., 2018, vol. 24(1), pp. 75–83. DOI: 10.1089/ten.teb.2017.0175.
  16. Le Blanc K., Frassoni F., Ball L. et al. Developmental Committee of the European Group for Blood and Marrow Transplantation. Mesenchymal stem cells for treatment of steroid-resistant, severe, acute graft-versus-host disease: A phase II study. Lancet, 2008, vol. 371(9624), pp. 1579–1586. DOI: 10.1016/s0140-6736(08)60690-x.
  17. Lin H., Sohn J., Shen H. et al. Bone marrow mesenchymal stem cells: Aging and tissue engineering applications to enhance bone healing. Biomaterials, 2019, no. 203, pp. 96–110. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.06.026.
  18. Liu H., Li D., Zhang Y., Li M. Inflammation, mesenchymal stem cells and bone regeneration. Histochem Cell Biol., 2018, vol. 149(4), pp. 393–404. DOI: 10.1007/s00418-018-1643-3.
  19. Makino T., Tsukazaki H., Ukon Y. et al. The biological enhancement of spinal fusion for spinal degenerative disease. Int J Mol Sci., 2018, vol. 19(8), p. 2430. DOI: 10.3390/ijms19082430.
  20. Martin V., Bettencourt A. Bone regeneration: Biomaterials as local delivery systems with improved osteoinductive properties. Mater Sci Eng C Mater Biol., 2018, vol. 82(1), pp. 363–371. DOI: 10.1016/j.msec.2017.04.038.
  21. Mummaneni P.V., Dhall S.S., Eck J.C. et al. Guideline update for the performance of fusion procedures for degenerative disease of the lumbar spine. Part 11: Interbody techniques for lumbar fusion. J Neurosurg Spine, 2014, vol. 21(1), pp. 67–74. DOI: 10.3171/2014.4.SPINE14276.
  22. Pape H.C., Evans A., Kobbe P. Autologous bone graft: Properties and techniques. J Orthop Trauma, 2010, vol. 24(1), pp. 36–40. DOI: 10.1097/bot.0b013e3181cec4a1.
  23. Qin Y., Guan J., Zhang C. Mesenchymal stem cells: mechanisms and role in bone regeneration. Postgrad Med J., 2014, vol. 90(1069), pp. 643–647. DOI: 10.1136/postgradmedj-2013-132387.
  24. Rahimzadeh A., Mirakabad F.S., Movassaghpour A. et al. Biotechnological and biomedical applications of mesenchymal stem cells as a therapeutic system. Artif Cells Nanomed Biotechnol, 2016, vol. 44(2), pp. 559–570. DOI: 10.3109/21691401.2014.968823.
  25. Reisener M.J., Pumberger M., Shue J. et al. Trends in lumbar spinal fusion – a literature review. J Spine Surg, 2020, vol. 6(4), pp. 752–761. DOI: 10.21037/jss-20-492.
  26. Resnick D.K., Watters W.C., Sharan A. et al. Guideline update for the performance of fusion procedures for degenerative disease of the lumbar spine. Part 9: Lumbar fusion for stenosis with spondylolisthesis. J Neurosurg Spine, 2014, vol. 21(1), pp. 54–61. DOI: 10.3171/2014.4.SPINE14274.
  27. Shin R.L., Lee C.W., Shen O.Y. et al. The Crosstalk between Mesenchymal Stem Cells and Macrophages in Bone Regeneration: A Systematic Review. Stem Cells Int., 2021, no. 14, 8835156. DOI: 10.1155/2021/8835156.
  28. Todeschi M.R., El Backly R., Capelli C. et al. Transplanted umbilical cord mesenchymal stem cells modify the in vivo microenvironment enhancing angiogenesis and leading to bone regeneration. Stem Cells Dev., 2015, vol. 24(13), pp. 1570–1581. DOI: 1089/scd.2014.0490.
  29. Yousefi AM.., James P.F., Akbarzadeh R. et al. Prospect of stem cells in bone tissue engineering: A review. Stem Cells Int., 2016, vol. 2016, 6180487. DOI: 10.1155/2016/6180487.
  30. Zigdon-Giladi H., Rudich U., Michaeli Geller G., Evron A. Recent advances in bone regeneration using adult stem cells. World J Stem Cells, 2015, vol. 7(3), pp. 630–640. DOI: 10.4252/wjsc.v7.i3.630.

Сведения об авторах

Боков Андрей Евгеньевич
кандидат медицинских наук, заведующий кафедрой травматологии ортопедии и нейрохирургии имени М.В. Колокольцева, заведующий отделением онкологии и нейрохирургии (церебральное подразделение) Института травматологии и ортопедии Университетской клиники, Приволжский исследовательский медицинский университет, Россия, Нижний Новгород (bocov_a@pimunn.net; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5203-0717)
Орлинская Наталья Юрьевна
доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой патологической анатомии, главный научный сотрудник, заведующий группой патологической анатомии отделения лабораторной диагностики научно-клинического отдела Института травматологии и ортопедии (наука) Университетской клиники, Приволжский исследовательский медицинский университет, Россия, Нижний Новгород (orlinskaya_n@pimunn.net; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2896-2968)
Булкин Анатолий Алексеевич
кандидат медицинских наук, ассистент кафедры травматологии ортопедии и нейрохирургии имени М.В. Колокольцева, врач-нейрохирург Университетской клиники, Приволжский исследовательский медицинский университет, Россия, Нижний Новгород (bulkin_a@pumunn.net; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4391-7698)
Алейник Дина Яковлевна
кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории регенеративной медицины НИИ экспериментальной онкологии и биомедицинских технологий, Приволжский исследовательский медицинский университет, Россия, Нижний Новгород (aleynic_d@pimunn.net; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8339-1291)
Чарыкова Ирина Николаевна
врач лаборатории биотехнологий Университетской клиники, Приволжский исследовательский медицинский университет, Россия, Нижний Новгород (charikova_i@pimunn.net; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8224-6375)
Егорихина Марфа Николаевна
кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории регенеративной медицины НИИ экспериментальной онкологии и биомедицинских технологий, Приволжский исследовательский медицинский университет, Россия, Нижний Новгород (egorichina_m@pimunn.net; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8815-9651)
Антошина Вероника Вячеславовна
кандидат биологических наук, научный сотрудник группы патологической анатомии отделения лабораторной диагностики научно-клинического отдела Института травматологии и ортопедии (наука) Университетской клиники, Приволжский исследовательский медицинский университет, Россия, Нижний Новгород (antoshina_v@pimunn.net; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8244-3985)

Ссылка на статью

Боков А.Е., Орлинская Н.Ю., Булкин А.А., Алейник Д.Я., Чарыкова И.Н., Егорихина М.Н., Антошина В.В. Эффект применения мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток при костной пластике ксеногенными биоматериалами [Электронный ресурс] // Acta medica Eurasica. – 2023. – №3. – С. 58-73. – URL: https://acta-medica-eurasica.ru/single/2023/3/7/. DOI: 10.47026/2413-4864-2023-3-58-73.

Меню

Номера журнала

Архив за 2024 год
Архив за 2023 год
Архив за 2022 год
Архив за 2021 год
Архив за 2020 год
Архив за 2019 год
Архив за 2018 год
Архив за 2017 год
Архив за 2016 год
Архив за 2015 год