Развитие имплантологической отрасли сделало возможной высокоэффективную реабилитацию стоматологических больных с частичной и полной адентией. Сокращается спектр противопоказаний к имплантации титановых интраосальних конструкций, особенно в случаях дефицита костной ткани или недостаточных геометрических параметрах резидуального гребня.

Данная тенденция, наряду с параллельным прогрессивным расширением возможностей направленной костной реконструкции с использованием различных остеопластических и вспомогательных материалов, обеспечивает прогнозируемую регенерацию костной ткани с восстановлением не только ее высоты и ширины, но и качественных показателей.

Наиболее перспективным вектором развития регенераторной терапии остается применение биологических стимуляторов, которые способствуют достижению более прогнозируемых и надежных результатов аугментации.

По данным Egusa (2012), прогресс регенераторной терапии в стоматологии условно можно разделить на 5 поколений и два принципа: на основе модификации различных материалов и на основе использования стволовых клеток — клеточных технологий.

Первые два поколения по систематизации Egusa представлены мембранами для направленной тканевой регенерации, материалами из фосфата кальция, гидроксилапатита, бета-ТКФ, обогащенной тромбоцитами плазмы, а также продуктами с костными морфогенетическими белками и другими факторами роста.

Данные материалы принципиально отличаются тем, что, по мнению автора этой систематизации, они не демонстрируют остеоиндуктивных свойств.

К 3-му поколению биоматериалов относятся стволовые клетки костного мозга, периостальные клетки-предшественники, клетки из участка пульпы и др.

Следующее, 4-е поколение, представляет собой трехмерные конструкции с живыми клетками, которые обеспечивают четко определенную дифференциацию с восстановлением соответствующей гистологической структуры.

Биоматериалы 5-го поколения предусматривают использование уже биоинженерных модифицированных клеток для полной аналогичной замены органов или их частей.

Логично предположить, что остеоиндуктивный потенциал стоматологических биоматериалов 3-5 поколений прогрессивно увеличивается по нарастающей.

Однако перспектива дальнейшего совершенствования подходов к регенерации тканей зубочелюстного аппарата базируется на обеспечении детального анализа всех возможностей именно 3-го поколения материалов. Эти продукты являются наиболее востребованными в арсенале остеоиндуктивной терапии и относительно доступными в клинической практике, тогда как материалы 4-5 поколений остаются для проведения лабораторных и экспериментальных исследований.

Исходя из вышеприведенного, анализ возможностей и результатов применения биоматериалов 3-го поколения по Egusa у контексте комплексной оценки эффективности регенераторной терапии в стоматологической практике является достаточно актуальным теоретическим вопросом.

Недостаточный объем отечественных публикаций подтверждает целесообразность систематизации данных, накопленных в мировой практике.

Мировой опыт применения клеточных технологий в стоматологии

Вопрос количественной оценки плюрипотентных клеток в конкретных тканях организма до сих пор остается актуальным для современной клеточной инженерии. Наличие таких клеток регистрируется по косвенным признакам, по типу экспрессии соответствующих стимуляторов, особенностям клеточного цикла или клоногенности.

G. Bluteau и H. Luder из Университета Цюриха (Швейцария) в 2008 году опубликовали категоризацию применения стволовых клеток в стоматологической практике, исходя из особенностей их происхождения и перспектив применения:

• мезенхимальные стволовые клетки (могут дифференцировать в мезодермальную линию с наращиванием потенциала к формированию хрящевой, костной, жировой тканей, скелетной мускулатуры и стромы соединительной ткани);

• стволовые клетки из участка молочных зубов (могут дифференцировать в нейроны, адипоциты, остеобласты и одонтобласты и стимулировать образование дентина или кости, но без возможности развития дентино-пульпарного комплекса);

• стволовые клетки участка пульпы у взрослых (с возможностью восстановления дентинного матрикса в ответ на конкретные биологические сигналы, при этом перициты пульпы могут дифференцировать даже в остеобласты);

• стволовые клетки из апикальной части сосочка (имеют более высокий регенераторный потенциал, чем стволовые клетки периодонтальной связки относительно восстановления отдельных тканей зуба);

• стволовые клетки из дентальных фолликул (способны дифференцировать в цементобласты и восстанавливать периодонтальную связку);

• стволовые клетки периодонтальной связки (перспективные в контексте стимулирования регенерации костной ткани и цемента корня);

• стволовые клетки и костного мозга (демонстрируют высший регенераторный потенциал по костной ткани и ниже относительно зубных структур);

• эпителиальные клетки из развивающихся моляров (аспект использования проблематичен в связи с необходимостью забора материала от детей).

Сегодня продолжают проводиться исследования с целью верификации истинного потенциала стволовых клеток из зубов других видов, в том числе грызунов, поскольку особенность последних заключается в способности расти на протяжении всей жизни животных.

Авторы предложили специфическую блок-схему возможности воспроизведения зубной структуры в лабораторных условиях, которая предусматривала участие стволовых клеток из исходной ткани, факторов роста, наличие биологического каркаса и специфических субопопуляций клеток для дифференциации гистологических структур.

Аналогичный подход считается действенным и для восстановления костной ткани. Он уже оптимизирован обширным количеством доказательных данных о возможностях регенерации кости с использованием различного рода костных трансплантатов.

M. Risburd и I. Shapiro (2005) отметили, что использование мезенхимальных клеток в роли популяции плюрипотентных предшественников обосновано перспективой дифференциации их в специфические клетки с гистологическим развитием окружающей структуры.

Направление и тенденция данного процесса зависят от условий забора и хранения соответствующих биологических единиц и воздействия окружающей среды из-за ряда сигналов, регулирующих дифференцированный характер развития клеток.

Более глубокое понимание механизмов специализации клеток и их морфогенеза обеспечит разработку рациональных подходов к использованию возможностей клеточной инженерии в практике челюстно-лицевой хирургии и клинической стоматологии.

Первичным этапом должна быть именно систематизация накопленных результатов предыдущих клинических и лабораторных исследований, которые позволят сформулировать определенные выводы относительно нерешенных проблем данной отрасли, тенденций ее развития и совершенствования.

T. Huang и коллеги (2010) смогли достичь регенерации пульпоподобной ткани в зубе, пересаженном мыши, с помощью стволовых клеток пульпы и прогениторных клеток, собранных из участка сосочка.

Кроме того, Huang удалось доказать возможность формирования дентиноподобной структуры вокруг неоваскуляризованной ткани, клетки которой напоминали своим поведением клетки- одонтобласты, обеспечивая экспрессию дентинного и костного сиалопротеинов, щелочной фосфатазы и CD105.

Следует также отметить, что клетки пульпоподобной ткани положительно реагировали на митохондриальные антитела человека, что свидетельствует об их происхождении из тканей человеческого организма.

W. Sonoyama и соавторы (2006) также работали над поиском соответствующих питательных сред для выращивания клеток-предшественников в оптимальные сроки, закладывая первые основы клеточной инженерии для практической стоматологической деятельности.

Ученые обращали особое внимание на перспективу лечения атрофии альвеолярного отростка и восстановления костных дефектов, чаще всего встречаются в стоматологии.

Интересные результаты получили S. Gronthos и коллеги (2000).

Авторы выделили постнатальные стволовые клетки дентальной пульпы и доказали, что данные клетки в экспериментальных условиях демонстрируют в несколько раз больший потенциал формирования дентиноподобной субстанции, чем в условиях организма.

По мнению исследователей, проблема заключается только в разработке соответствующих алгоритмов управления стволовыми клетками, их адекватного сбора, хранения и транфера с последующей подсадкой. Решение этих вопросов обеспечит прогрессивное развитие практики костной аугментации зубочелюстного аппарата.

Сравнительный анализ стромальных клеток пульпы зуба и костного мозга с помощью кДНК микроматричного метода провел S. Shi и соавторы (2001). Удалось выявить, что стромальные стволовые клетки пульпы могут прогрессивно увеличивать экспрессию генов, контролирующих продукцию следующих веществ:

• коллаген типа 8-альфа-1;

• инсулиноподобный фактор роста-2;

• циклинзависимая киназа-6;

• дискординовый домен тирозин-киназы-2;

Вместе с тем, стромальные клетки костного мозга провоцировали экспрессию инсулиноподобного фактора связи с протеином-7 и коллагена типа 1-альфа-2.

Перспектива дальнейшего анализа аналогичных исследований заключается в формировании соответствующей выборки биологических маркеров, позволяющих четко дифференцировать разницу влияния различных генов на формирование кости и дентиноподобных структур в зависимости от показателей интенсивности регуляторных и регенеративных процессов.

Также предстоит установить роль смежных иммунологических реакций и характер прогнозируемости специфических протоколов клеточной инженерии.

C. Morsczeck и коллеги (2004) доказали существование клеток-предшественников в составе зубного фолликула зуба мудрости, обосновав предположение тем, что фолликул представляет не что иное, как эктомезенхимальную ткань, которая окружает зачаток зуба.

В эксперименте с подсадкой клеток-предшественников мышам с иммунной супрессией удалось доказать, что данные клетки по-разному проявляют экспрессию остеокальцина и костного сиалопротеина. Однако так и не было получено фактов об участии их в формировании новых цементных или костных структур.

Приведенные результаты подтверждают первоначальную гипотезу о том, что перед прорезыванием зуба в структуре его периодонта содержатся представители линейки клеток-предшественников, которые могут проходить через следующий процесс дифференциации в зависимости от влияния различных биологических факторов.

В исследовании M. A. Costa и соавторов (2008) было установлено, что на самом деле стволовые клетки человеческой пульпы являются активными в отношении реакции на маркеры остеогенной, адипогенной и миогенной дифференциации. Конкретное же направление процессов зависит от исходных условий трансплантации.

Данному коллективу исследователей удалось восстановить значительный краниальный дефект с применением стволовых клеток пульпы, и при этом разработать соответствующий прогностический модуль подобных реконструкций с использованием потенциала недифференцированных клеток-предшественников.

В условиях лабораторной индукции Xi Wei (2008) установил, что регистрация таких маркеров, как внеклеточные матричные фосфогликопротеины с дентинным сиалопротеином, может служить для оценки одонтогенного потенциала исследуемых клеток. Вместе с тем, верификация одновременно дентинного сиалопротеина и остеокальцина может свидетельствовать об остеогенном потенциале культуры.

В ранних исследованиях Y. Yamada и коллеги (2008) доказали эффективность использования аутогенных стромальных клеток костного мозга при проведении операций синус-лифтинга.

В качестве биологического каркаса при выполнении хирургических вмешательств использовали PRP-сгустки. Средний вертикальный прирост кости через 2 года после аугментации составлял около (8,8 ± 1,6) мм сравнению с исходным.

Никаких прогрессивных резорбтивных изменений резидуального гребня в области установленных после агументации имплантатов в период мониторинга 2-6 лет в области 46 инфраконструкций не наблюдалось. Это свидетельствует о высокой надежности метода.

Данный инъекционный метод, по мнению авторов, обеспечивает прогнозируемые результаты аугментации и сводит объем хирургического вмешательства к обоснованному минимуму.

Позже в ходе лабораторных исследований Yamada (2010) доказал, что использование стволовых клеток пульпы зуба, стволовых клеток молочных зубов и мезенхимальных клеток костного мозга стимулирует экспрессию таких остеогенетических маркеров, как STRO-1, CD13, CD29, CD44, CD73, а также щелочной фосфатазы и остеокальцина.

При клиническом применении данных клеточных культур вместе с обогащенной тромбоцитами плазмой удалось доказать возможность формирования зрелой костной ткани и соответствующей неоваскуляризации в аугментированных участках вокруг дентальных имплантатов с гидроксиапатитным покрытием.

Преимущество стволовых клеток молочных зубов или пульпы зуба, по мнению авторов, заключается в менее инвазивных процедурах забора и возможности их культивирования в лабораторных условиях.

При этом важным открытием было доказательство того, что стволовые клетки молочных зубов не провоцируют отторжение аллогенного трансплантата.

Таже было установлено, что изолированное использование обогащенной тромбоцитами плазмы не способствует повышению показателя контакта костной ткани с имплантатом.

Вместе с тем, изучение данного показателя в динамике с различными видами клеток остается актуальным вопросом в клинической имплантологии и прикладной клеточной инженерии.

S. Kim и коллеги (2009) после использования стволовых клеток костного мозга и периодонтальной связки на экспериментальной биологической модели периимплантита установили, что показатели формирования новой костной ткани были самыми высокими при использовании именно костно-клеточного деривата (34,99 и 40,17% через 8 и 16 месяцев после аугментации соответственно). Аналогичные показатели при использовании культуры клеток с участка периодонтальной связки были почти в 1,5 раза ниже.

При этом статистически достоверные показатели эффективности восстановления костной ткани по сравнению с контрольной группой через 16 недель были получены лишь в случаях использования клеток-предшественников костного мозга, что может свидетельствовать о их выраженном потенциале замещения периимплантатных дефектов.

Исследования Ito и коллег (2011) показали, что использование стволовых клеток пульпы зуба вместе с обогащенной тромбоцитами плазмой способствует формированию контактов между костью и имплантатом на уровне (62,5 ± 3,1)% при использовании PRP со стволовыми клетками костного мозга и (39,4 ± 2,4)% при использовании периостальных клеток с PRP через 8 недель после установки имплантатов.

Для сравнения, величина данного показателя в контрольной группе в аналогичные сроки мониторинга не превышала (30,3 ± 2,6)%.

Подобные данные были получены C. Estrela (2011). Ученые проанализировали возможности применения различных типов стволовых клеток, которые перспективно можно использовать для восстановления дефектов альвеолярного / резидуального гребня, замещения периимплантационных дефектов и отдельных зубных структур.

Schimming и Schmelzeisen (2004) обратили внимание на то, что эффективность аугментационных процедур зависит от таких факторов, как способ доставки остеобластов в область дефекта, а также природа биологического каркаса, в качестве которого использовали синтетический материал Ethisorb, и размера конкретного дефекта.

В 8 из 27 случаев успешного результата достичь не удалось из-за больших размеров костного дефекта, но у 18 пациентов получилось достичь удачного формирования пластинчатой кости на достаточном биологическом матриксе уже через 3 месяца после аугментации.

Это подтверждает первоначальное предположение авторов о том, что использование периостальных остеобластов на соответствующем биологическом каркасе позволяет реставрировать проблемный костный участок в оптимальные сроки.

M. Riccio (2011) также подтвердил влияние биологического каркаса на параметры восстановления дефектов костной ткани в эксперименте на крысах.

Ученый установил, что фиброиновый каркас обеспечивает формирование зрелой костной ткани — как при применении стволовых клеток из пульпы зуба, так и при использовании стволовых клеток из амниотической жидкости.

Хотя последний подход обеспечивал все же больший прирост костной ткани в области дефекта, результат не демонстрировал значимой статистической разницы.

Shayeste и коллеги (2008), изучая перспективы применения мезенхимальных стволовых клеток во время процедуры синус-лифтинга, установили, что совместное использование биологических материалов вместе с бифазным гидроксиапатитом / бета-ТКФ позволяет достичь успешных результатов реконструктивного вмешательства и последующей имплантации в 93% случаев.

Средний уровень регенерации костной ткани составил 41,34% относительно исходного, а абсолютный прирост кости — 12,08 мм и 10,08 мм через 3 и 12 месяцев соответственно.

Очевидно, использование мезенхимальных клеток вместе с костным дериватом в ходе выполнения синус-лифтинга стимулирует формирование кости, однако для формулирования однозначных выводов необходимо проведение более широких клинических исследований.

T. Matsubara и коллеги (2004) также обратили внимание на то, что даже при использовании стволовых клеток костного мозга большое значение имеет топография забора биоматериала.

На примере сравнения аспиратов костного мозга альвеолярной и подвздошной кости исследователи доказали, что первый субстрат демонстрирует более слабые хондрогенные и адипогенные потенциалы. В случае использования в стоматологии это можно расценивать как важное структурно-регенеративное преимущество, особенно в случаях лечения отдельных заболеваний и травм зубочелюстного аппарата.

С другой стороны, С. Zizelman и коллеги (2006) показали, что использование аутологичного трансплантата для синус-лифтинга является более прогнозируемым, чем полигликоидный и полилактидный биологический каркас с инфильтрированными остеобластами.

В ходе эксперимента авторы отметили, что уровень резорбции кости во втором случае достигал почти 90%, а степень ее плотности не превышала 152 единицы Хаунсвильда, в противоположность 266-551 единицам при аугментации аутологичным блоком.

Cerruti (2007) на основании проанализированных клинических случаев пришел к выводу, что использование обогащенной тромбоцитами плазмы и мононуклеарных клеток, собранных из аспиратов костного мозга, вместе с биологическим аллогенным каркасом способствует интеграции и адаптации трансплантата к кортикальной кости.

Аналогичные результаты получил A. Gonshor (2011), доказав лучший результат аугментации с использованием аллографта, содержащего стволовые клетки в матриксе трансплантата, по сравнению с обычным аллотрансплантатом.

При этом в ходе ремоделирования костной ткани в области дефектов модифицированным аллографтом уровень его резидуального остатка составил в среднем (4,9 ± 2,4)%, вместе с тем, как при использовании обычного аллотрансплантата (25,8 ± 13,4)%.

Srouji (2011), изучая феномен образования костной ткани при подъеме мембраны Шнайдерова и без использования дополнительных трансплантатных материалов, выявил значительный регенераторный потенциал мембраны через ряд маркеров мезенхимальных клеток-посредников (CD 105, CD 146, CD 71, CD 73, CD 166 ).

В эксперименте при контакте клеток мембраны с остеокондуктивным каркасом удалось зарегистрировать высокий остеогенный потенциал.

В дальнейшем полученные данные можно будет использовать для модификаций методик проведения синус-лифтинга и достижения прогнозируемых результатов стоматологического лечения с минимальным использованием остеопластических материалов.

J. Mao (2012) обратил внимание, что развитие клеточной инженерии в области реконструктивной стоматологии во многом зависит от механизмов контроля и регуляции подобных лечебных подходов со стороны различных структур путем разработки алгоритмов сбора, выращивания и диагностики соответствующих биологических материалов.

Выводы и направления дальнейших исследований

Анализ принципов применения клеточной инженерии в стоматологической практике по данным клинических, лабораторных и экспериментальных исследований позволяет сделать вывод о сложности систематизации полученных результатов

Это связано с целым рядом факторов, в том числе разным методологическим подходом к проведению исследований, использованием различных параметров оценки результатов и отличием целевого назначения того или иного метода регенераторной терапии.

Во всех проанализированных исследованиях было подтверждено мнение о перспективе использования данной технологии в клинической стоматологической практике.

Результаты имплементации принципов клеточной инженерии ни в одном из проанализированных случаев не компрометирующие результата стоматологической реабилитации, а наоборот, способствовали достижению более качественного результата.

Это становится возможным благодаря улучшению количественных параметров ткани и ее геометрических размеров, улучшению морфометрических и гистологических показателей, а также сокращению срока стоматологического лечения и реабилитации.

Таким образом, дальнейшая разработка и модификация подходов регенеративной терапии материалами 3-го поколения по Egusa, обеспечивает повышение эффективности различных типов реконструктивных вмешательств в челюстно-лицевой области.