Існує чотири типи кісткових трансплантатів:
Аутотрансплантат - як джерело кісткового матеріалу кістковий блок, отриманий від самого пацієнта. Існують донорські зони, де процеси кісткоутворення дуже високі. Якщо з цієї області випиляти кістковий блок для пересадки, то в цьому місці кісткова тканина відновитися протягом півроку повністю. Цей блок підсаджується в потрібну область для створення майбутнього обсягу. У крайніх випадках, кісткова тканина може бути взята за межами порожнини рота. Найбільш поширена область донорського забору - стегно, ребро, звід черепа. Аутотрансплантат, як правило, кращий трансплантат і зазвичай призводить до найбільших результатами регенерації.
Загальновідомо, що найбільш підходящими для трансплантації та подальшої біоінтеграціей безсумнівно є аутотрансплантат, які готуються з власних тканин пацієнта і цим повністю виключаються основні імунологічні і більшість інфекційних ускладнень при подальшій пересадці. Однак, такі матеріали повинні готуватися безпосередньо перед трансплантацією, в іншому випадку клініка повинна мати кістковий банк для зберігання такого біоматеріалу, що в реальності є лише дуже великим медичним установам через високу вартість приготування і зберігання даних матеріалів. Крім того, можливості отримання значних кількостей аутоматеріала вельми обмежені і при його заборі, як правило, донор піддається серйозним оперативних втручань. Все це істотно обмежує широке застосування аутотрансплантатов. Отже, в області лікування кісткових патологій перед тканинної інженерії стоїть реальна задача по створенню біокомпозіціонних матеріалів, застосування яких забезпечить вирішення багатьох проблем як з трансплантації клітин і стимуляції формування кістки в місцях її пошкодження, так і по зниженню трудових і фінансових витрат при усуненні кісткових ушкоджень у хворих різного профілю.
Алотрансплантат - узятий від людських донорів. У багатьох країнах існують донорські програми, де можна вказати, що в разі смерті, органи можуть бути зібрані з тіла, щоб зберегти або поліпшити життя інших людей. Кость, отримана в цьому випадку, проходить строгі випробування і багатоступеневу стерилізацію. В кінцевому вигляді донорська кістку позбавляється всіх індивідуальних властивостей донора і фактично перетворюється на «будівельний матеріал». Ваше тіло перетворює донорську кістка в природну кістка, за рахунок активізації процесів регенерації.
Ксенотрансплантати - кістковий матеріал, який забирають у тварин. Кістки тварин, найчастіше великої рогатої худоби (спеціально вирощуються для цього бики, коні, свині), спеціально обробляють, щоб зробити їх біосумісними і стерильним. Він діє як будівельний матеріал, який, з часом, в Вашому тілі буде замінювати природну кістка.
Синтетичні і компазітние трансплантати - є інертними, штучними синтетичними матеріалами. Для заміщення кісткової тканини використовується, штучний матеріал, який імітує природну кістка. Найчастіше це форма трікальцийфосфата і гідрокси апатиту. Залежно від технології, це можуть бути розсмоктуються або не розсмоктуються матеріали.
Тобто, Ваше тіло може або повністю замінити такий трансплантат природною кісткою, або матеріал діє як решітка, на якому відбувається природний ріст кістки. У будь-якому випадку, кінцевим результатом є створення достатнього кісткового об'єму.
Як показує повсякденна практика, однією з найважливіших проблем, з якою стикаються лікарі-стоматологи всього світу, є проблема регенерації кісткової тканини внаслідок різних хірургічних втручань в щелепно-лицевої ділянки, таких як ускладнені екстракційні і реконструкційні втручання, проведення парадонтологічний і імплантологічного лікування, а також різних кістковопластичних операцій.
Основні принципи даного підходу полягають в розробці та застосуванні при імплантації в ушкоджений орган або тканину носіїв з біодеградірующіх матеріалів, які використовуються в поєднанні або з донорськими клітинами і / або з біоактивними речовинами. Наприклад, при лікуванні раневого процесу - це можуть бути колагенові покриття з аллофібробластов, а в судинної хірургії - штучні судини з антикоагулянтами. Крім того, одним з серйозних вимог до такого роду матеріалів-носіїв є і те, що вони повинні забезпечувати надійну підтримуючу, тобто опорну і / або структурообразовательную функцію в пошкодженій області тканини або органу.
Отже, одним з основних завдань тканинної інженерії в області лікування кісткових патологій є створення штучних біокомпозіти, що складаються з алло-і / або ксеноматеріалов в поєднанні з біоактивними молекулами (кісткові морфогенетичні білки, фактори росту і т.д.) і здатних індукувати остеогенез. При цьому такі біоматеріали повинні володіти рядом необхідних властивостей кістки.
- По-перше, вони повинні виконувати і підтримувати обсяг дефекту.
- По-друге, мати остеоідуктівностью, тобто активно спонукати остеобласти і, можливо, інші мезенхімальні клітини до формування кістки.
- І, по-третє, мати хороші показники біоінтеграціей і біосумісності, тобто бути деградіруемимі і не викликати у реципієнта запальних та імунних реакцій. Остання якість зазвичай досягається в біоматеріалу тільки за рахунок зниження його антигенних характеристик.
Сукупність усіх цих властивостей дозволяє таким біоматеріалів паралельно з опорної, механічної функцією, забезпечувати і біоінтеграціей - вростання клітин і судин в структури імплантату з подальшим формуванням кісткової тканини.
Відомо, що підтримує ефект будь-якого біоматеріалу забезпечується, як правило, його структурними особливостями. Для біоматеріалів цей показник зазвичай пов'язаний з архітектонікою нативной тканини, з якої він отриманий. Для кістки, основними параметрами її структурної міцності є твердо-еластичні властивості кісткового матриксу та величина пір в ньому.
До найбільш поширених біоматеріалів з чітко вираженою опорної функцією відносяться штучний і натуральний гідроксиапатит (ГА), біокераміка, полігліколевий кислота, а також колагенові білки.
Найбільш відомим з сучасних біоматеріалів є колаген. Його широке застосування в практичній медицині пов'язано з розвитком реконструктивної хірургії та пошуком нових матеріалів, що виконують каркасну і пластичну функції при регенерації тканин. До основних переваг колагену - як пластичного біоматеріалу слід віднести його низьку токсичність і антигенность, високу механічну міцність і стійкість до тканинних протезів. Джерелами отримання колагену при виготовленні виробів для пластичної хірургії служать тканини багаті цим білком - шкіра, сухожилля, перикард і кістка. Широке поширення в медичній практиці отримав розчин шкірного колагену, що випускається фірмою Collagen Corp. (Palo-Alto USA), під назвами "Zyderm" і "Zyplast". На основі цього колагену були розроблені різні вироби медичного призначення такі як - імплантати, покриття для ран, хірургічні нитки для ушивання ранових поверхонь і т.д.
В цей же час для заміщення дефектів кісткової тканини були розпочаті дослідження і по застосуванню біокомпозіціонних матеріалів, що містять одночасно і колаген, і гідроксиапатит. Гістологічні та ультраструктурні дослідження довели, що композиція - колаген і ГА позитивно впливає на регенерацію кістки гребеня, але при цьому такого роду біоматеріали виконують головним чином каркасну і провідникову функції, тобто проявляють свої остеокондуктивні властивості.
Проте, за даними іншої групи дослідників біокомпозіціонного матеріали, що містять шкірний колаген і синтетичний гідроксиапатит, мають певні остегеннимі потенціями. Ці експериментальні результати лягли в основу подальшого застосування цієї групи препаратів матеріалу в клінічній практиці.
Регенерація і відновлення кісткової тканини являють собою комплекс послідовних процесів, що включають як активацію клітин остеогенного ряду (рекрутування, проліферацію і диференціювання), так і безпосереднє формування спеціалізованого матриксу - його мінералізацію і подальше ремоделювання кісткової тканини. При цьому дані клітини завжди знаходяться під контролем і впливом ряду біологічних і механічних факторів.
За сучасними уявленнями тканинна інженерія (ТІ) кісткової тканини спирається на три основні принципи, що забезпечують успішне заміщення даної тканини.
По-перше, найбільш важливим принципом при створенні біоматеріалів і конструкцій для імплантації є відтворення основних характеристик природного кісткового матриксу, тому що саме унікальну будову кісткової тканини надає саме виражений вплив на процеси регенерації. Відомо, що ці характеристики матриксу залежать від його тривимірної структури і хімічного складу, а також від його механічних властивостей і здатності впливати на клітинні форми сполучної тканини (СТ).
Архітектоніка матриксу включає в себе такі параметри як співвідношення поверхні до об'єму, наявність системи пір, і, що найбільш важливо, його функціональні та механічні властивості. Завдяки цим показникам матрикс, мабуть, може регулювати вростання судин, забезпечувати хемотактіческіе стимули для ендогенних клітин, модулювати клітинне прикріплення, стимулювати поділ, диференціювання і подальшу мінералізацію. Вважається, що тривимірна структура побудови матриксу може впливати не тільки на процеси індукції, але і на саму швидкість регенерації.
Отже, конструюються за допомогою тканинної інженерії біоматеріал або конструкція повинні мати властивості, які в умовах in vivo здатні забезпечувати як кондуктивні, так і індуктивні властивості природного матриксу. До перших відносяться такі показники як здатність заповнення і підтримки обсягу, механічна інтеграція, забезпечення проникності для клітин і судин. Другі - забезпечують пряме або опосередковане вплив на клітинні форми, стимулюючи їх до формування хрящової і / або кісткової тканин.
Наступним важливим принципом успіху спрямованої кісткової тканинної інженерії є застосування екзогенних і / або активація ендогенних клітин, які безпосередньо беруть участь в процесах творення даної тканини. При цьому джерелом таких клітин може бути як власний, так і донорський організм
Як правило, при зворотному трансплантації в організм стромальні клітини-попередники здатні диференціюватися в зрілі форми, синтезувати матрикс і запускати каскад ендогенних реакцій репарації кісткової тканини. Разом з тим, альтернативний погляд на застосування композиційних біоматеріалів передбачає їх безпосередній вплив на ендогенні кісткові та інші клітини сполучної тканини, їх рекрутування (залучення) в зону імплантації, стимуляцію їх проліферації і підвищення їх биосинтетической активності, примушуючи ці клітини активно формувати кісткову тканину. Крім того, такі матеріали можуть бути хорошими клітинними носіями, на яких можливе вирощування стовбурових клітин перед їх трансплантацією.
Останнім з головних принципів успіху тканинної інженерії кістки є застосування біоактивних молекул, що включають фактори росту, цитокіни, гормони і інші біологічно активні речовини.
Для індукції костеообразованіе найбільш відомими факторами є кісткові морфогенетичні білки, трансформуючий фактор росту - TGF-β. інсуліноподібний фактор росту IGF і фактор росту ендотелію судин VEGF. Отже, біокомпозіціонного матеріал може бути насичений і / або містити в своїй структурі дані біоактивні молекули, що дозволяє використовувати його при імплантації в якості депо для таких субстанцій. Поступове вивільнення даних факторів може активно впливати на процеси кісткового відновлення. Крім даних речовин до складу композиційних матеріалів можуть входити мікро- і макроелементи, а також інші молекули (цукру, пептиди, ліпіди і т.д.), здатні забезпечувати стимуляцію і підтримання підвищеної фізіологічної активності клітин в відновлюється кісткової тканини.
В даний час існує велика кількість різноманітних біопластіческіх матеріалів, які володіють остеокондуктівнимі і / або остеоіндуктівнимі властивостями.
Найбільш важливими вимогами до біопластіческіе матеріалами залишаються такі параметри, як їх антигенні і індуктивні властивості. Крім того, для різного роду операцій часто потрібні матеріали, що володіють, поряд з вищевказаними показниками, хорошими пластичними або міцності для створення і підтримки необхідних форм і конфігурацій при заповненні порожнин і тканинних дефектів.
В даний час добре відомо, що застосовуються окремо і колаген, і гідроксиапатит мають в основному остеокондуктівнимі властивостями, тобто здатні грати роль тільки «сприяє» матеріалу для створення нової кістки. Однак, ці молекули можуть надавати на клітини остеобластичного ряду і слабкий остеоіндуктівний ефект, за рахунок деяких своїх біологічних властивостей.
Цей остеоіндуктівний ефект посилюється при комплексному застосуванні цих двох типів молекул. З іншого боку, якщо разом з колагеном і гідроксиапатиту в біоматеріалів будуть представлені і сульфатованих глікозаміноглікани, то такий комплекс за своєю структурою буде ближчий до природного кістковому матриксу і, отже, мати його функціональними характеристиками в більш повному обсязі. Так, відомо, що сульфатованих глікозаміноглікани впливають на багато показників обміну сполучної тканини.
Вони здатні знижувати активність протеолітичних ферментів, придушувати синергічну дію на міжклітинний матрикс даних ферментів і кисневих радикалів. Блокувати синтез медіаторів запалення за рахунок маскування антигенних детермінант і скасування хемотаксиса, запобігати апоптоз клітин, індукований повреждающими факторами, а також знижувати синтез ліпідів і за допомогою цього перешкоджати процесам деградації. Крім того, ці сполуки беруть безпосередню участь в побудові самих колагенових волокон і міжклітинної матриксу в цілому.
Дуже важливою властивістю, що імплантується остеопластичного матеріалу є його здатність індукувати розвиток судин тому, що саме воно потенційно визначає його остеоіндуктивні потенції.
