Композиционные костно-пластические материалы

Композиционные костно-пластические материалы или композиты – это состав (композиция) нескольких искусственных и/или биологических материалов для придания им синергичных свойств. Используются типы композиционных материалов в виде гранул, лент, блоков, состоящих, к примеру, из смеси гидроксиапатита (от 30 до 50 %) и связывающих биополимеров, в основном коллагена.

В качестве главных компонентов применяются разные субстраты и/или их комбинации. Главное преимущество подобных материалов в практичности работы с ними - вероятности подгонки размеров прямо в операционной, пластичности при заполнении дефектов кости и т. д.

При этом коллаген отчасти применяется организмом как строительный материал органического компонента кости. Недостатки композиционных препаратов связаны с тем, что количество органического компонента, выбираемое отталкиваясь от условий получения удобных физико-химических свойств, традиционно намного больше, чем необходимо для синтеза кости, а качество коллагена не отвечает оптимальному, с точки зрения.

Большой ассортимент материалов для костной пластики говорит о том, что нужна разработка материалов, позволяющих создаваться регенерату органотипического строения на их основе. Костно-пластический материал должен при имплантации в костное ложе компактного строения приводить к формированию кости остеонного строения, а при имплантации в губчатую кость - трабекулярного.

Таким образом, материал должен обладать следующим набором характеристик:

- идентичность химического состава и архитектоники свойствам кости (зоне предполагаемой имплантации);

- резорбируемость, продленная во времени от 3 до 12 мес.;

- замещение органотипической костной тканью;

- моделируемость;

- остеокондуктивность;

- остеоиндуктивность;

- адресная доставка и пролонгированное действие лекарственных средств в зоне дефекта (антибактериальный или анальгетический эффект).

Применение в медицинской практике мелкодисперстных форм материала неудобно. Поэтому формируются комбинированные формы, состоящие из полимерной матрицы (на базе полилактида, полиоксибутирата, полигликолевой кислоты и их комбинаций) и нано-гидроксиапатита как наполнителя.

Возникновение композитов из искусственного ГАП в форме порошков, гранул и гелей в синтезе с полисахаридами хитозаном, альгинатом, гиалуроновой кислотой, белком коллагеном, пептидами, эмбриональными стволовыми клетками, лекарственными и иными препаратами увеличило способности регенерации патологически модифицированных минерализованных тканей.

Костные морфогенетические белки (BMP) считаются истинными остеоиндукторами и способны вызывать формирование эктопической костной ткани. Сочетание BMP с биоматериалами, которые могут посылать белок, показали наибольший терапевтический эффект BMP. Гидроксиапатит с его остеокондуктивными особенностями считается лучшим носителем для BMP. Как показали опыты Rohanizadeh, наилучшим способом их сочетания, считается включение BMP в состав гидроксиапатита.

Показано, что кальций-фосфатная паста (α-BSM; ETEX, Cambridge, MA) в сочетании с rhBMP-2 активизирует заживление костной ткани и приводит к восстановлению механических свойств, равносильных нормальной кости. В опытной модели, на малоберцовой кости приматов, при остеотомии, использование пасты rhBMP-2/α-BSM ускоряло заживление кости приблизительно на 40 %.

CAD/CAM технологии активно применяются в стоматологии для производства вкладок, виниров, коронок и мостовидных коронок при восстановлении зубов. Для возмещения костных дефектов челюстей и лицевых костей сложной формы, компьютерное моделирование и производство имплантатов считается многообещающей технологией.

В опытной работе на животных показаны интересные результаты по восстановлению костных дефектов альвеолярного отростка ВЧ с применением керамических имплантов, изготовленных методом объемной печати. Имплантаты имели однородную микроархитектонику с величиной пор 120±20 µм и по форме полностью отвечали образованным дефектам.

Остеоиндуктивные свойства были определены введением в состав имплантата BMP-2. Полученные в работе данные демонстрируют, что керамические материалы на основе ГАП, изготовленные методами объемного прототипирования в комбинации с морфогенетическими белками, имеют реальные возможности использования для костной тканевой инженерии, с основным преимуществом - полностью настраиваемой 3D-структурой и формой.

Таким образом, анализ доступной литературы позволяет сделать вывод, что разработка новых костнопластических материалов преследует 2 основные цели - оптимизация регенерации костной ткани и восстановление костных дефектов. Очевидно, что в перспективе для восстановления костных дефектов методами 3D прототипирования, будут создаваться индивидуальные искусственные керамические имплантаты на основе ГАП, содержащие комбинацию факторов роста и морфогенов, например, BMP и VEGF. Возможно, именно такой подход позволит эффективно осуществлять биоинженерию костной ткани в различных клинических ситуациях.

Анализ имеющихся композиционных костно-пластических материалов на базе наполнителей биологического и искусственного происхождения дал возможность проявить закономерности свойств материалов в зависимости от их структуры.

Для синтетических материалов главной характеристикой считается остеокондуктивность. Монолитным образцам характерна устойчивость химического состава и геометрической формы; помимо того, они способствуют формированию вокруг себя соединительно-тканной капсулы – инкапсулируются. Пористые образцы имеют неконтролируемые сроки рассасывания (путем гидролиза от 5-6 недель до 3 лет), причем резорбция материала часто не сопутствуется формированием кости.

К сожалению, даже сейчас все попытки изготовить синтетический костный материал, подходящий для медицинского применения и обладающий превосходной физиологической приживаемостью, биосовместимостью и устойчивостью на протяжении долгого времени, имеют лишь условный успех. Это наглядно демонстрирует превосходство и сложность созданных природой структур.

Список использованной литературы

1. Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии: М-лы V Всерос. симп. с междунар. участием. Уфа, 2012.

2. Артюшкевич А.С. Средства и хирургические способы, стимулирующие репаративные процессы в тканях периодонта [Электронный ресурс]

3. Байтус, Н. А. Современный взгляд на выбор материалов при лечении хронических воспалительно-деструктивных процессов тканей апикального периодонта / Н. А. Байтус // Вестник Витебского государственного медицинского университета. – 2012. – Т. 11, № 2. – С. 171-178.

4. Кирилова И.А., Подорожная В.Т., Легостаева Е.В. и др. Костно-пластические биоматериалы и их физико-механические свойства // Хирургия позвоночника. 2010. № 1. С. 81–87.

5. Королев С.Б., Абраменков А.Н. Новая медицинская технология подготовки костных трансплантатов для костной пластики // М-лы II Московского междунар. конгр. травматологов и ортопедов. М., 2011.

6. Моисеенко, С. А. Практическое использование препарата «Коллапан» в эндодонтическом лечении периодонтита / С. А. Моисеенко, М. Е. Абрамова, Р. Ш. Асватуллин //Эндодонтияtoday. – 2010. – № 1. – С. 57-58.

7. Тер-Асатуров Г.П., Лекишвили М.В., Бигваева А.Т. и др. Сравнительное экспериментально-морфологическое исследование эффективности биологических остеопластических материалов в замещении костных дефектов // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2012. № 1. С. 81–85.