Использование биодеградируемой матрицы из поликапролактона для заживления костных дефектов (экспериментальное исследование)

Обоснование. При замещении дефектов костной ткани остаются нерешёнными вопросы, связанные с осложнениями, травматичностью и длительностью лечения. Применение эластичных имплантатов из биоактивных биоразлагаемых материалов, принимающих любую форму дефекта, могли бы закрыть многие из них.

Цель исследования. Изучить особенности репаративной регенерации при заполнении костных дефектов эластичным деградируемым имплантатом из поликапролактона (PCL) без и с добавлением в его состав гидроксиапатита (HA).

Материалы и методы. Взрослым беспородным собакам (n = 10) в верхней трети диафиза большеберцовой кости моделировали несквозное цилиндрическое отверстие диаметром 4 мм и глубиной 10 мм. В двух экспериментальных группах дефект заполняли эластичным деградируемым имплантатом из поликапролактона: в группе 1 (n = 5) – без добавления в его состав HA, в группе 2 – с добавлением HA (n = 5). Исследования выполняли с использованием рентгенологического и гистологического методов.

Результаты. Через 28 суток во всех экспериментальных наблюдениях имплантат биодеградировал и замещался костной тканью. Доля костного компонента в области дефекта в проекции компактной пластинки и в проекции костномозгового канала в группе 2 была статистически значимо больше, чем в группе 1. Содержание Са в костной ткани в периостальной, эндостальной, интермедиарной областях регенерата и в компактной пластинке костных отломков было статистически значимо выше в группе 2. Численная плотность микрососудов в регенерате в проекции компактной пластинки в группе 2 была на 13,25 % больше, чем в группе 1.

Заключение. Эластичные имплантаты, изготовленные из поликапролактона методом электроспиннинга, обладают биологической совместимостью, биодеградируемы и могут быть использованы для замещения дефектов костной ткани. Гидроксиапатитовое наполнение стимулирует активность остеогенеза.

1. Губочкин Н.Г., Микитюк С.И., Иванов В.С. Пересадка кровоснабжаемых костных трансплантатов для лечения ложных суставов и дефектов костей. Гений ортопедии. 2014; (4): 5-10.

2. Тихилов Р.М., Кочиш А.Ю., Лушников С.П. Новый способ одномоментной несвободной пластики двумя кровоснабжаемыми костными аутотрансплантатами при ложных суставах обеих костей предплечья. Травматология иортопедия России. 2010; (1): 89-93. doi: 10.21823/2311-2905-2010-0-1-89-93

3. Нагиева С.Э., Исмаилова Ф.Э., Нагиев Э.Р. Перспективы трансплантации костной ткани при замещении дефектов нижней челюсти (обзор литературы). Научное обозрение. Медицинские науки. 2016; (4): 69-77.

4. Анастасиева Е.А., Садовой М.А., Воропаева А.А., Кирилова И.А. Использование аутои аллотрансплантатов для замещения костных дефектов при резекциях опухолей костей. Травматология и ортопедия России. 2017; 23(3): 148-155. doi: 10.21823/2311-2905-2017-23-3-148-155

5. Janicki P, Schmidmaier G. What should be the characteristics of the ideal bone graft substitute? Combining scaffolds with growth factors and/or stem cell. Injury. 2011; 42(2): 77-81. doi: 10.1016/j.injury.2011.06.014

6. Власова Т.И., Арсентьева Е.В., Худайберенова Г.Д., Полякова Д.И. Современный взгляд на использование костных заменителей и возможность усиления их остеогенности клеточными технологиями. Медицинский вестник Башкортостана. 2020; 15(2): 53-58.

7. Тарасов А.Н. Костно-пластические вмешательства при лечении доброкачественных опухолей костей. Практическая медицина. 2019; 17(1): 59-63.

8. Хмелевская С.А. Регенеративная медицина и проблема бессмертия. Социально-политические науки. 2018; (3): 192-193.

9. Нурмухаметов М.Р., Макаров М.А., Бялик Е.И., Хренников Я.Б., Бялик В.Е., Нестеренкo В.А. Применение техники аутологичного индуцированного матрицей хондрогенеза в лечении пациентов с остеоартритом первого плюснефалангового сустава. Гений ортопедии. 2021; 27(2): 220-226. doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-2220-226

10. Ларионов П.М., Садовой М.А., Самохин А.Г., Рожнова О.М., Гусев А.Ф., Принц В.Я. и др. Создание тканеинженерного эквивалента костной ткани и перспективы его использования в травматологии и ортопедии. Хирургия позвоночника. 2014; (3): 77-85.

11. Ribeiro C, Pärssinen J, Sencadas V, Correia V, Miettinen S, Hytönen VP, et al. Dynamic piezoelectric stimulation enhances osteogenic differentiation of human adipose stem cells. J Biomed Mater Res. 2015; 103(6): 2172-5217. doi: 10.1002/jbm.a.35368

12. Bolbasov EN, Lapin IN, Svetlichnyi VA, Lenivtseva YD, Malashicheva A, Malashichev Y, et al. The formation of calcium phosphate coatings by pulse laser deposition on the surface of polymeric ferroelectric. Applied Surface Science. 2015; 349: 420429. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.05.025

13. Thone M, Reychler H. Auto-transplantation of an impacted or retained maxillary canine. Rev Stomatol Chir Maxillofac. 2002; 103(5): 288-293. (In French).

14. Митрофанов А.И., Чевардин А.Ю. Технология комбинированного остеосинтеза при лечении больных с последствиями травм длинных трубчатых костей (технология остеосинтеза). Гений ортопедии. 2014; (3): 13-15.

15. Popkov AV, Popkov DA, Gorbach EN, Kononovich NA, Kulbakin DE, Choynzonov EL, et al. Solution blow spinning of PLLA/hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering. Biomedical Materials (Bristol): Materials for tissue engineering and regenerative medicine. 2021; 16(5): 055005. doi: 10.1088/1748605X/ac11ca

16. Рогожина А.С. Сравнительный анализ биосовместимости матриц на основе поликапролактона, содержащих гидроксиапатит и фатерит. Бюллетень медицинских интернетконференций. 2018; 8(9): 458.

17. Козадаев М.Н. Исследование биосовместимости скаффолда на основе поликапролактона в условиях in vivо. Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2016; 6(8): 1423-1424.

18. Иванов А.Н., Куртукова М.О., Чибрикова Ю.А., Кустодов С.В.; Тяпкина Д.А., Бугаева И.О. и др. Сравнительная характеристика микроциркуляторных изменений у белых крыс при подкожных имплантационных тептах матриц из поликапролактона, содержащих ватерит и гидроксиапатит. Саратовский научно-медицинский журнал. 2019; 15(1): 98-103.

19. Арутюнян И.В., Тенчурин Т.Х., Кананыхина Е.Ю., Черников В.П., Васюкова О.А., Ельчанинов А.В и др. Нетканые материалы на основе поликапролактона для тканевой инженерии: выбор структуры и способа заселения. Гены и клетки. 2017; 12(1): 62-71. doi: 10.23868/201703009

20. Севостьянова В.В., Миронов А.В., Глушкова Т.В., Бураго А.Ю., Матвеева В.Г., Антонова Л.В. Регенерация кровеносного сосуда на основе графта из поликапролактона в экспериментальном исследовании. Сибирский медицинский журнал. 2016; 31(1): 53-57.

21. Захарова И.С., Смирнова А.М., Живень М.К., Саая Ш.Б., Шевченко А.И., Закиян С.М. и др. Разработка тканеинженерных конструкций на основе смеси хитозана и поликапролактона для сосудистой хирургии. Гены и клетки. 2016; 11(4): 50-56.

22. Jeong GJ, Ahn GR, Park SJ, Hong JY, Kim BJ. A randomized, patient/evaluator-blinded, split-face study to compare the efficacy and safety of polycaprolactone and polynucleotide fillers in the correction of crow’s feet: The latest biostimulatory dermal filler for crow’s feet. J Cosmet Dermatol. 2020; 19(7): 1593-1599. doi: 10.1111/jocd.13199

23. Попков А.В., Попков Д.А., Кобызев А.Е., Горбач Е.Н., Кононович Н.А., Горбач Е.С. Положительный опыт полнослойного замещения дефекта суставного хряща при использовании деградируемого имплантата с биоактивной поверхностью в сочетании с обогащённой тромбоцитами плазмой крови (экспериментальное исследование). Гений ортопедии. 2020; 26(3): 392-397. doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-3-392

24. Jia Z, Li H, Cao R, Xiao K, Lu J, Zhao D, et al. Electrospun nanofibrous membrane of fish collagen/polycaprolactone for cartilage regeneration. J Transl Res. 2020; 12(7): 3754-3766.

25. Liu Y, Tian K, Hao J, Yang T, Geng X, Zhang W. Biomimetic polyglycerol sebacate/polycaprolactone blend scaffolds for cartilage tissue engineering. J Mater Sci Mater Med. 2019; 30(5): 53. doi: 10.1007/s10856-019-6257-3

26. Teoh SH, Goh BT, Lim J. Three-dimensional printed polycaprolactone scaffolds for bone regeneration success and future perspective. Tissue Eng Part A. 2019; 25(13-14): 931-935. doi: 10.1089/ten.TEA.2019.0102

27. Liu Y, Wang R, Chen S, Xu Z, Wang Q, Yuan P, et al. Heparan sulfate loaded polycaprolactone-hydroxyapatite scaffolds with 3D printing for bone defect repair. Int J Biol Macromol. 2020; 148: 153162. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.01.109

28. Zhang B, Liwei G, Hongyi C, Vetnikos Y, Huang J, Narayan R, et al. Finite element evaluations of the mechanical properties of polycaprolactone/hydroxyapatite scaffolds by direct ink writing: Effects of pore geometry. J Mech Behav Biomed Mater. 2020; 104: 103665. doi: 10.1016/j.jmbbm.2020.103665

29. Kosik-Kozioł A, Heljak M, Święszkowski W. Mechanical properties of hybrid triphasic scaffolds for osteochondral tissue engineering. Materials Letters. 2020; 261: 126893. doi: 10.1016/j.matlet.2019.126893