Костные материалы для остеопластики

Дефекты альвеолярного отростка образуются в результате хирургического вмешательства, травм, инфекций, врожденных пороков развития.

Дефицит кости для дентальной имплантации связан с резорбцией альвеолярного гребня при недостаточной стимуляции периодонтальной связкой, патологиях пародонта, пневматизации синусов.

Цель пластики таких дефектов — сохранить форму и объем, восстановить функциональность и эстетический вид, активизировать заживление костей и мягких тканей, предотвратить осложнения.

Остеопластика — процедура, в ходе которой утраченная кость восстанавливается за счет собственных тканей, аллографта натурального происхождения или синтетического композита. Процедура широко применяется в стоматологии, челюстно-лицевой, ортопедической, нейрохирургии, хирургии ЛОР-органов.

Возможность графтинга обусловлена способностью кости полностью регенерировать при наличии пространства и стимулирующих факторов.

Классификация костных материалов для остеопластики:

• Аллотрансплантат, пересаженный от другого человека (в том числе трупного происхождения). Применяют отдельно или в комбинации с другими материалами. Например, деминерализованный костный матрикс OrthoBlast, Grafton.
• Костный графт на основе естественных или рекомбинантных ростовых факторов. Может содержать трансформирующий ростовой фактор бета (TGF), тромбоцитарный фактор роста (PDGF), факторы роста фибробластов (FGF), костные морфогенетические протеины (BMP), паратгормон.
• Клеточный графт с живыми клеткам, которые участвуют в регенеративных процессах (мезенхимальные стволовые клетки – предшественники остеобластов).
• Керамический заменитель кости, содержащий фосфат кальция, сульфат кальция и биоактивное стекло. Применяют отдельно и в комбинации: OsteoGraf, ProOsteon или OsteoSet.
• Полимерный материал, в состав которого входят биологически резорбируемые и нерезорбируемые полимеры (полилактид).

Биологические основы костной пластики

В основе регенерации кости лежат такие процессы, как остеокондукция, остеоиндукция, остеопромоция и остеогенез. К остеопластическим материалам предъявляются соответствующие требования.

Остеокондуктивные свойства

Материал графта должен выполнять опорную функцию для разрастающейся ткани. Будучи «каркасом» для костей, сосудов и мягких тканей, он способствует миграции остеобластов с краев дефекта и васкуляризации (развитию сосудистой сетки).

Остеоиндуктивные свойства

Остеоиндукция предполагает стимуляцию недифференцированных мезенхимальных стволовых клеток, которые превращаются в остеобласты. Наиболее известные факторы — костные морфогенетические протеины (BMP). В настоящее время проводятся эксперименты с целым рядом других молекул, протеинов и гормонов.

Идеальный материал для остеопластики должен быть остеокондуктивным, и остеоиндуктивным. Только тогда он будет предоставлять пространство и соответствующие условия для регенерации кости.

Таким материалом служит Остеоматрикс, содержащий коллаген и сульфатированные гликозаминогликаны (ГАГ). Создает оптимальные условия для регенерации костной ткани, отличается доступностью и высокой технологичностью.

Согласно исследованиям Parsons и Mehlisch, коллаген и ГАГ являются остеокондуктивными, но сами по себе не стимулируют развитие ткани. Комбинация же данных веществ инициирует остеоиндукцию, в особенности, если речь о сульфатированной форме ГАГ.

Остеопромоция

Под остеопромоцией подразумевают усиление остеоиндукции без собственных остеоиндуктивных свойств материала. Такими свойствами обладает эмалевый матричный протеин, который потенцирует остеоиндуктивный эффект костного аллотрансплантата.

Остеогенные свойства

Когда в состав графта входят клетки-остеобласты, они принимают непосредственное участие в регенерации и дают начало тканям.

Источники костных материалов

Аутотрансплантат

Аутологичная (аутогенная) трансплантация предполагает использование кости, полученной от самого реципиента. Забор графтов производится из второстепенных структур — подвздошного гребня, подбородочного симфиза, венечного отростка и др.

Аутогенный биоматериал является наиболее предпочтительным, поскольку вероятность отторжения трансплантата меньше благодаря антигенной идентичности ткани. Он будет остеоиндуктивным и остеогенным, а также остеокондуктивным.

Недостаток аутотрансплантации в том, что для забора графта требуются дополнительные хирургические манипуляции, еще один участок послеоперационной боли и возможных осложнений.

Все ткани на пересаженном участке нуждаются в притоке крови. Чтобы кость приживалась, потребуется дополнительное кровоснабжение. Для таких трансплантатов выкраивается часть надкостницы вместе с кровеносными сосудами (свободный лоскут).

Аллотрансплантат

Его отличие от аутотрансплантата в том, что материал берут не у самого реципиента, а у генетически неидентичного донора. Чаще кость получают из трупов, реже — у живого донора после официального согласия.

Существуют три типа аллотрансплантата кости:

• Свежая или свежезамороженная кость
• Лиофизированный костный аллотрансплантат (FDBA)
• Деминерализованный лиофилизированный костный аллотрансплантат (DFDBA)

Применение аллотрансплантатов для остеопластики требует надежной стерилизации и инактивации белков, содержащихся в здоровой кости.

С другой стороны, в матриксе содержится полный коктейль факторов роста, гормонов и других биологически активных веществ, необходимых для остеоиндукции и успешного восстановления дефекта.

Нежелательные органические примеси разрушаются и удаляются в процессе производства термическими и химическими методами.

Под действием деминерализаторов (соляная кислота) содержание минералов уменьшается, а необходимые остеоиндуктивные агенты в готовом деминерализованном костном матриксе остаются.

Искусственная кость: гидроксиапатит, керамика, полимеры

Композиты на основе гидрогель-гидроксиапатита (НА) имеют соотношение органического и неорганического вещества, близкое кости человека.

Искусственная кость изготавливается из фосфатов кальция (НА или ортофосфат кальция), биоактивного стекла и сульфата кальция.

Активность этих материалов зависит от растворимости в физиологической среде. Для улучшения биологических свойств их комбинируют с ростовыми факторами и стронцием, смешивают с аспиратом костного мозга.

Присутствие таких элементов, как стронций, ведет к повышению минеральной плотности костной ткани и способствует активной пролиферации остеобластов.

Большинство графтов содержат керамику. Такие компоненты, как ортофосфат кальция и гидроксиапатит, обладают остеокондуктивными и остеоинтегративными свойствами; иногда — остеоиндуктивными.

Они хрупкие и требуют высокотемпературной обработки.

Сульфат кальция, или «парижский пластырь», отличается высокой биосовместимостью, биологической активностью. Период резорбции 30-60 дней. После резорбции существенно ухудшаются механические свойства; нежелателен для пластики нагруженных зон.

OsteoSet — таблетки для заполнения костных дефектов из сульфата кальция с периодом резорбции 60 дней. Для пластики инфицированных участков рекомендуется OsteoSet Т, содержащий 4% антибиотика широкого спектра тобрамицина.

Allomatrix Osteoset - комбинация сульфата кальция и деминерализованного костного матрикса; выпускается в виде замазки и пасты в шприцах.

Биологически активное стекло (биостекло) — это силикатное стекло. Хрупкое по природе, биостекло комбинируют с полиметилметакрилатом для образования биоактивного костного цемента, для установки металлических дентальных имплантатов.

Среди фосфатных солей кальция в остеопластике находят применение ортофосфат, природный и синтетический гидроксиапатит в форме пасты, гранул, блоков или крошки.

Пример натурального высокоочищенного гидроксиапатита — Биоимплант ГАП, выпускаемый в форме крошки (0,25-1,0 мм) и чипсов (1,0-2,0 мм). Будучи идентичен минеральному матриксу человеческой кости, он создает все предпосылки для миграции клеток и регенерации кости. Удобен в обращении.

На зарубежном рынке существует Pro-Osteon — продукт на морских кораллах, который превращается из карбоната кальция в гидроксиапатит. Преимущество материала в том, что структура коралла изначально напоминает структуру трабекулярной кости.

К данной категории относятся:

·       Healos – это природный полимерно-керамический композит, состоящий из волокон коллагена, покрытых гидроксиапатитом и предназначенный для операций на позвоночнике.

·       Cortoss – инъекционный композит для костной аугментации, предназначенный для нагруженных участков кости.

Биорезорбируемые полимеры постепенно разлагаются в организме, замещаясь нормальной костью. Такие имплантаты имеют неоспоримые преимущества, подбираются с учетом периода резорбции.

Ксеноматериал

Под ксенотрансплантатами подразумевают костные трансплантаты, полученные не от людей, а от других биологических видов – крупного рогатого скота, свиней и даже примитивных моллюсков.

Преимущества ксеноматериалов – доступность и давняя история клинического применения. Лиофилизированные, деминерализованные и депротеинизированные, их обычно используют как костный матрикс.

За рубежом для остеопластики применяют «коралловые гранулы» (coral derived granules, CDG) из кораллов рода Madrepora и Millepore. Коралловые ксенографты состоят преимущественно из карбоната кальция с высокой концентрацией фторидов, полезных в контексте стимуляции роста.

Но человеческая кость состоит из гидроксиапатита с фосфатом и карбонатом кальция, поэтому коралловые материалы трансформируют в НА гидротермальными методами, получая нерезобируемый ксенографт. Такие продукты обогащают ростовыми факторами.

Факторы роста кости

Для обеспечения дифференцировки клеток и привлечения новых остеоцитов с края дефекта, трансплантаты обрабатывают веществами стимуляторами. Это могут быть костные морфогенетические протеины, сульфатированные ГАГ с коллагеном, гормоны.

Существующие в здоровой кости факторы и белки регулируют клеточную активность, связываясь с рецепторами на поверхностях клеток и изменяя внутриклеточную среду. Большинство этих эффектов замыкаются на протеинкиназу – фермент, который инициирует транскрипцию информационной РНК и биосинтез белков.

Контролируемый рост и резорбции кости обеспечивает ряд факторов внеклеточного матрикса, включая TGF-бета, инсулиноподобные факторы роста I и II, PDGF, FGF и морфогенетические белки.

Стволовые клетки

Чтобы направлять недифференцированные мезенхимальные стволовые клетки на путь остеобластов, ученые культивируют их в присутствии таких добавок, как дексаметазон, витамин С, бета-глицерофосфат.

Добавление TGF-бета, BMP-2, BMP-4 и BMP-7 в культуральную среду подталкивает стволовые клетки к остеогенной линии. Мезенхимальные стволовые клетки добавляют в биоактивную керамику.

Больше других областей зависят от костных материалов для остеопластики стоматология и челюстно-лицевая хирургия. Разрушение кости при травме и операциях, последствия пародонтита – Остеоматрикс, Биоматрикс и Биоимплант ГАП ежедневно помогают хирургам имплантологам.