Костная пластика широко используется для улучшения заживления кости при остеотомии, артродезе, а также при мультифрагментарных переломах или для восстановления костной ткани, утраченной при злокачественных опухолях и кистах.

Идеальные костные графты должны быть источником остеогенных клеток и вызывать образование новой ткани, обеспечивая поддержку сосудистых и костных структур.

Обычно с этой целью используются аутотрансплантаты, но количество собранной кости ограничено, а забор материала связан с дополнительным риском осложнений.

Целью исследования, опубликованного Bigham, Dehghani и соавторами в The Journal of Orthopaedics and Traumatology, является сравнительная оценка аутологичных кортикальных фрагментов и ксеногенного деминерализованного костного матрикса на заживление кости.

Ксеногенный деминерализованный костный матрикс как замена аутокости

Аутогенный костный графт в настоящее время считается «золотым стандартом», с которым сравнивают остальные заменители кости, в том числе ксеногенные материалы.

Они должны служить источником остеопрогениторных клеток (остеогенез), индуцировать образование остеопрогениторных клеток из окружающих тканей (остеоиндукция) и обеспечивать механическую поддержку костного роста (остеокондукция).

Хотя аутогенные костные трансплантаты клинически эффективные, дополнительное хирургическое вмешательство для забора аутогенного трансплантата, связанные с ним осложнения и ограниченная доступность аутогенной кости у некоторых пациентов стимулировали поиск адекватных заменителей аутокости.

Поэтому на протяжении многих десятилетий ученые экспериментировали с различными заменителями, включая аллотрансплантаты, ксенотрансплантаты, полимеры, керамику и некоторые металлы для содействия воссоединению кости.

Аллогенный деминерализованный костный матрикс давно применяется в ортопедии, травматологии и других областях медицины для лечения несрастающихся переломов, остеомиелита или крупных дефектов, возникающих в результате удаления доброкачественных опухолей.

Процесс деминерализации соляной кислотой снижает антигенность и усиливает выброс костных морфогенетических белков (ВМР). Последние стимулируют недифференцированные мезенхимальные клетки, вызывая их трансформацию в остеобласты (остеоиндукция), а коллагеновый каркас деминерализованного костного матрикса обеспечивает активную миграцию клеток (остеокондукция).

Последние исследования продолжают идентифицировать новые виды костных морфогенетических белков, которые могут обладать остеоиндуктивными свойствами, подготавливая базу для клинического применения этих субстанций.

Помимо их роли в остеоиндукции, некоторые виды BMP и деминерализованного костного матрикса (DBM) показали многообещающие результаты в восстановлении остеохондральных дефектов. Преимущества деминерализованного костного матрикса перед другими заменителями кости включают в себя остеоиндуктивные свойства (в отличие от трикальцийфосфата и гидроксиапатита) и доступность материала в промышленных количествах.

Материалы и методы исследования

Протокол исследования был одобрен исследовательским комитетом Ширазского университета (Иран). В этом исследовании использовали 20 самцов новозеландских кроликов-альбиносов в возрасте 12 месяцев и весом 3,0 ± 0,5 кг.

Подготовка ксеногенного деминерализованного костного матрикса

Деминерализованный костный матрикс, полученный из длинных трубчатых костей 2-летней коровы голштинской породы, собирали на местной бойне. Все кости были собраны в асептических условиях, и мягкие ткани были удалены перед хранением. Позже кости были очищены и разрезаны на куски по 1 см с помощью пилы Stryker под промыванием физиологическим раствором. Материал хранили при -70°С до дальнейшего использования.

Материал оттаивали в 20-градусном этаноле и сушили на воздухе. Все кости были размолоты и пропущены через сито для получения крошки размером 2-4 мм. Затем крошку декальцинировали в 0,6 М соляной кислоте при 4°С в течение 8 дней при постоянном перемешивании.

Степень деминерализации оценивали с помощью рентгенографии и количественного анализа на содержание кальция. Потеря плотности ксеногенного деминерализованного костного матрикса оценивалась рентгенологически. Кроме того, случайные образцы были высушены при 95°C, взвешены и затем подвергнуты озолению при 600°C в течение 24 часов. Эти образцы затем растворяли в азотной кислоте и подвергали исследованию методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии для определения процента кальция на грамм сухого веса.

Деминерализация считалась адекватной, когда содержание кальция составляло менее 1%. После деминерализации материал промывали в стерильной воде и помещали в фосфатный буфер на ночь. Затем материала промывали, доводили рН до 7,3. Его помещали в этанол, давали испариться в течение ночи, упаковывали в асептических условиях и хранили при 4°С.

Подготовка свежих аутологичных кортикальных фрагментов кости

Свежая аутогенная кортикальная кость была собрана во время операции по созданию радиального дефекта кости. После тщательной очистки от мягких тканей материал использовали в качестве свежего аутогенного кортикального костного трансплантата.

Хирургическая техника

Для анестезии перед операцией использовался кетамин (40 мг/кг, внутримышечно) и ксилазин (5 мг/кг, внутримышечно). Левая передняя конечность животных была выбрита и обработана ​​повидон-йодом. Затем в средней части радиуса создавали остеопериостальный дефект, по крайней мере, вдвое превышающий диаметр диафиза для создания модели несрастающегося перелома.

Созданные дефекты были заполнены у десяти кроликов (группа I) с помощью DBM (20 мг / дефект), а у других десяти животных (группа II) - таким же количеством кортикального аутогенного костного трансплантата. Конечности животных были зафиксированы с помощью серкляжной проволоки для предотвращения смещения сегмента в привитой области.

Результаты исследования

Ни одного случая интраоперационной или послеоперационной смерти во время исследования зарегистрировано не было. Дополнительных травм животные не получили.

Рентгенологическая оценка

Рентгенограммы каждой конечности делали в 1-й день, а затем на 2-й, 4-й, 6-й и 8-й неделях после операции для оценки формирования кости, сращивания и ремоделирования дефекта. Результаты оценивались с использованием модифицированной системы Лейна и Сандху (Lane & Sandhu).

На 14-й день после операции у части животных в группе I и группе II наблюдалось формирование костной ткани на уровне 25%. Хотя у некоторых кроликов группы I отмечено срастание, в группе II не было признаков срастания перелома. Ремоделирование не обнаружено ни в одной группе.

Статистический анализ не подтвердил каких-либо существенных различий между материалами.

Гистопатологическая оценка

Через восемь недель после операции кроликов подвергали эвтаназии для гистопатологической и биомеханической оценки. Гистопатологическую оценку проводили на пяти случайно выбранных животных из каждой группы.

Конечность была рассечена и очищена мягких тканей. Сагиттальные срезы, которые содержали участок дефекта, разрезались медленной пилой, после чего каждый срез фиксировали в 10% растворе формальдегида. Образцы костной ткани, фиксированные формалином, декальцинировали в 15% забуференном растворе муравьиной кислоты и готовили для гистологического исследования.

Два среза толщиной 5 микрон вырезали из центра каждого образца, окрашивая гематоксилином и эозином. Исследование выполнялось опытным патологоанатомом. Оценка основывалась на системе Лейна и Сандху, а также модифицированной системе Hieple (1987).

Биомеханическая оценка

На 56-й день после операции произошло 100% образование костной ткани и сращение переломов в I группе и 75–100% формирование кости и частичное сращение во II группе. Ремоделирование в обеих группах достигало 25–50%. Группа II превосходила I только по ремоделированию каллуса.

Не было отмечено статистически значимой разницы между двумя группами животных в плане результатов биомеханического теста на изгиб.

Обсуждение результатов и выводы авторов

В данном исследовании применялась животная модель радиусного дефекта для сравнения заживления переломов с использованием бычьего деминерализованного костного матрикса как нового ксенотрансплантата и свежих аутологичных кортикальных фрагментов.

Ранее в научном мире сообщалось о целесообразности использования данной модели, в которой нет необходимости во внутренней и внешней фиксации, потенциально влияющей на заживление.

Аутогенный костный трансплантат используется чаще остальных и является своеобразным золотым стандартом, с которым сравнивают аллотрансплантаты и другие материалы.

Остеоиндуктивные свойства деминерализованного костного матрикса хорошо известны. Введение аутологичного костного мозга и аутотрансплантата вместе с DBM обеспечивает непосредственный источник остеогенных клеток-предшественников в участке имплантации, что дает дополнительный биохимический вклад в процесс остеогенеза. Судя по имеющимся экспериментальным данным, DBM способствует формированию костной ткани с помощью остеокондуктивных механизмов.

Первичным остеоиндуктивным компонентом DBM является ряд низкомолекулярных гликопротеинов, среди которых особое место занимают костные морфогенетические белки. Декальцификация кортикальной кости «обнажает» остеоиндуктивные факторы роста, скрытые в минерализованном матриксе, тем самым усиливая процесс формирования кости.

Упомянутые костные морфогенетические белки способствуют хондробластной дифференцировке мезенхимальных клеток с последующим синтезом новой кости посредством эндохондрального остеогенеза. В исследовании обнаружено, что результаты I группы по истечении 8 недель статистически не отличаются от II группы, где применяли «золотой стандарт» - аутокость.

Это доказывает, что бычий DBM благодаря высвобождению некоторых костных морфогенетических белков обладает остеоиндуктивной активностью, аналогичной аутологичному кортикальному костному трансплантату. Однако было установлено, что последний обладает более выраженными остеокондуктивными свойствами и меньшей остеоиндуктивной активностью.

Не было никаких существенных различий в гистопатологической оценке между двумя группами. Кроме того, ни один из костных материалов не вызывал значительной воспалительной реакции.

Сообщалось, что процесс деминерализации разрушает антигенные вещества, делая DBM менее иммуногенным, чем минерализованный аллотрансплантат. Аутокость не является иммуногенной. Поэтому авторы не наблюдали никакой воспалительной реакции ни в одной группе.

При биомеханической оценке группа I превосходила группу II, но без статистически значимой разницы. Ранее сообщалось, что аутологичный кортикальный костный трансплантат в течение длительного периода остается комбинацией некротической и новой кости, что приводит к снижению механической прочности.

Экспериментальные исследования показали, что остеоиндуктивные факторы роста в сочетании с DBM дают лучшие биомеханические результаты по сравнению с одним аутотрансплантатом. Серия адекватных контролируемых исследований на позвоночнике подтвердила пригодность различных форм DBM для усиления трансплантата.

Результаты описанного исследования подтверждают высокую эффективность ксеногенного деминерализованного костного матрикса при заживлении переломов. Осложнений не выявлено, и заживление происходило с такой же скоростью, что и при использовании аутокости. Этот материал является приемлемой альтернативой аутологичным кортикальным фрагментам кости, позволяющей снизить риски для пациента, сопряженные с получением материала.