Современные методы восстановления дефектов костной ткани в стоматологической практике

Введение. Восстановление дефектов костной ткани челюстей является ак- туальной проблемой стоматологии. Особое значение восстановление костной тка- ни приобретает при планировании ортопедического лечения с опорой на имплантаты. Протезирование дефектов зубного ряда позволяет полноценно восстанавливать функции зубочелюстной системы и добиваться высокого эстетического результата. Однако при нарушениях развития зубов (адентии) и челюстей, травмах, новообразованиях челюстей, воспалительных заболеваниях пародонта, атрофии после удаления зубов выявляется дефицит альвеолярной кости, который ухудшает условия, или делает невозможным установку имплантатов без специальной подготовки. В настоящее время для восстановления анатомического объема костной ткани альвеолярного отростка используются различные материалы биологического и синтетического происхождения.

Цель исследования - мета-анализ опубликованных исследований, посвященных современным методам восстановления дефектов костной ткани в стоматологической практике.

Материалы и методы исследования заключались в поиске статей в базах данных РИНЦ и PubMed (MEDLINE), по следующим ключевым словам: костная ткань; регенерация; стоматология; восстановление дефектов; остеотрансплантат; bone tissue; regeneration; dentistry; repair of defects; osteograft.

Результаты исследования. Одним из широко применяемых материалов является аутотрансплантат. Данный материал, представлен фрагментом собственной костной ткани пациента, обладающей высокой степенью биоинтеграции и отсутствием реакции со стороны иммунной системы. Однако ограниченный объем, дополнительная травматизация, которая в ряде случаев может сопровождаться такими осложнениями как повреждение сосудов и нервов, образование гематом и дефектов ткани, ограничивает применение данного материала [1]. Альтернативными остеопластическими материалами являются алло-, и ксено- трансплантаты. Эти материалы используются в виде блоков или стружки костной ткани, источником которой является кость трупного материала человека или животного. Возможность длительного хранения, отсутствие допол- нительной травматизации, неограниченный объем материала являются положительными свойствами. Однако, риск инфицирования, возможность развития реакции тканевой несовместимости ограничивают применение данного материала [2].

В клинической практике активно применяются синтетические материалы, на основе кальций-фосфата. Гидроксиапатит обладает остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами. По результатам ряда исследований доказано, что использование гидроксиапатита в сочетании с коллагеном способствует быстрой регенерации за счет того, что коллаген обладает высокой биосовместимостью и способностью к адгезии [3]. Применение гидроксиапатита в сочетании с хитозаном, обладающим антибактериальным, антивирусным и мукоадгезивным свойствами, способствует регенерации костной ткани, не вызывая аллергических реакций. Наилучший терапевтический результат показало сочетание гидроксиаппатита со структурными белками. Однако, наряду с положительными свойствами, гидроксиапатит обладает низкой механической прочностью, малой скоростью биодеградации, хрупкостью и отсутствием пористости структуры. Низкая скорость деградации способствует возникновению хронического воспаления, которое инициирует вторичный остеолизиз.

Особый интерес представляет материал на основе альгината и фосфатов кальция, полученный методом 3D печати. По результатам исследования материал обладает высокой пористостью, прочностью и адгезивными свойствами поверхности. Совокупность полученных данных открывают перспективы к совершенствованию 3D конструкций, как основы остеопластических материалов [4].

В последние годы для регенерации костной ткани нижней челюсти применяется матрикс на основе никелид-титана. Искусственный матрикс объединяет костные структуры в соответствии с принципами биомеханики и способствует реконструкции фрагментов за счет естественной регенерации. Материалы на основе нике-лид-титана обладают биоинертностью, пористостью, сверхэластичностью и эффектом памяти форм. Недостатком данного материала является высокая стоимость и возможность аллергической реакции на никелид-титана [5].

К современным синтетическим материалам относится пористая биокерамика, состоящая из стекловидной матрицы и микрокристаллов. Этот материал имеет биологическую активность, но при этом не обладает остеоиндуктивными свойствами и механической прочностью. Отсутствие способности к васкуляризации, интеграции и ремоделированию ограничивает применение синтетических материалов для реконструкции костных дефектов [6].

В настоящее время существуют публикации, посвященные практическому применению различных факторов роста, стимулирующие остеогенез. К таким факторам относятся: инсулиноподобные факторы роста, трансформирующий фактор роста бета, фактор роста тромбоцитов, эпидермальный фактор роста, фактор роста фибробластов. Данные факторы стимулируют ангиогенез, минерализацию костной ткани, повышают способность ткани к заживлению и регенерации [7-8].

Широкие перспективы в создании новых материалов для костной пластики открыли клеточные технологии. Активно исследовались эмбриональные стволовые клетки, которые имеют неограниченный потенциал для пролиферации и могут образовывать любую ткань человеческого организма [9-10]. Однако, вероятность развития злокачественных образований, иммунологическая несовместимость, этические проблемы ограничивают их применение.

Мезенхимальные стволовые клетки костного мозга способны дифференцироваться в фибробластоподобные, остеогенные, хрящевые и жировые клетки при использовании дифференцировочных сред [11]. Так, по данным литературы, применение аутологических мезенхимальных клеток костного мозга для замещения дефекта костной ткани в эксперименте показало заполнение дефекта молодой костной тканью и формирование структур костного мозга в срок 2 недели, в срок 4–5

месяцев закрытие дефекта органоспецифической костной тканью [12–15].

Описаны работы с применением мезенхимальных стволовых клеток костного мозга в сочетании обогащенной тромбоцитарной плазмой. По результатам на 4-й недели эксперимента наблюдался активный остеогенез, а на 8-й недели дефект заполнен зрелой губчатой костной тканью с многочисленными полостями костного мозга [16-17].

По данным литературы стволовые клетки, полученные из жировой ткани, обладают остеогенным потенциалам и являются перспективным материалом для замещения костных дефектов [18–20]. Основным преимуществом данных клеток является доступность и простота получения клеток, а также их пролиферативная активность, независящая от возраста донора. Экспериментально показано, что после удаления зуба и восстановления костной ткани с использованием мульти-потентных стволовых клеток жировой ткани через 4 месяца определяется увеличение высоты кортикальной пластинки. Морфологически формируется костная ткань трабекулярного строения [21].

Несмотря на достигнутые результаты, в применении клеточных технологий, нерешенными остаются вопросы фиксации культуры клеток в ходе операции в области дефекта, а также ограничение вероятности миграции по организму клеток в постоперационном периоде. Одним из решений данной проблемы является применение клеток, помещенных на носители на основе природных полимеров (скаф-фолды) [22-23]. Скаффолды представляют собой трехмерные пористые и волокнистые матрицы, основная функция которых состоит в обеспечении механического каркаса для клеток, в обеспечении оптимальных условий для дифференцировки и метаболизма клеток.

Одним из представителей данных материалов является коллаген, являющийся фибриллярным белком, обеспечивающим прочность и эластичность соединительной ткани организма. Коллаген обладает биосовместимостью, высокой способностью к адгезии, рыхлой структурой, что позволяет использовать его в сочетании с различными материалами. Однако коллаген также является быстро разлагаемым материалом и не обладает достаточными механическими свойства для выполнения функции каркаса [24].

Фибронектин, являющийся по своей природе белковым соединением, структурным компонентом межклеточного матрикса, выполняет интегрирующую функцию в организации межклеточного вещества и характеризуется отсутствием токсичности и воспалительных реакций. Однако в стоматологической практике описаны аллергические реакции при применении фибронектина [25]. В качестве скаффолда иногда используется природный полисахарид – целлюлоза, обладающая клеточной адгезией, биосовместимостью и высокой механической прочность. Главным недостатком целлюлозы является плохая биодеградация и высокая плотность нанофибрилл, что ограничивает заселение скаффолда клетками [26]. В тканевой инженерии используется хитозан, являющийся линейным производным полисахарида, полученным из хитина. Хитозан способен сочетаться с различными биоактивными материалами, обладает биосовместимостью, противомикробным свойством, иммунотолерантностью. Главным недостатком этого природного полимера является низкий уровень механической прочности [27].

В литературе представлена сравнительная характеристика применения материалов на основе хитозана, альгината и фибрина в комплексе с трикальцийфосфатом. По результатам исследования материалы на основе хитозана и альгината обладают биосовместимостью, биорезорбцией и стимулируют остеопластические процессы. Однако резорбция происходит с сохранением характерных для них фрагментов, для хитозана – хитиновым, для альгината - полифеноловым, которые задерживают остеопластические процессы. Фибрин же лишен указанных недостатков. При его резорбции продукты распада стимулируют образование макрофагов, фибробластов, капиллярной сети. Находящиеся в центре гранулы трикальцийфосфата замещаются новообразованной костной тканью [28].

Несмотря на то, что проблема миграции клеток частично решена путем использования носителей, применение стволовых клеток ограничивается риском неуправляемой дифференцировки в различных направлениях, включая в клетки злокачественных опухолей. В связи с этим появилась необходимость в разработке методов, в основе которых лежит применение клеток с направленной дифференцировкой. К таким клеткам относятся клетки производного нервного гребня: клетки пульпы зуба, периодонтальной связки, зубного сосочка, клетки слизистой оболочки полости рта [29]. По результатам исследования стволовые клетки слизистой оболочки неба обладают высокой проре-генераторной способностью и при применении в эксперименте на животных с остеопорозом активируют проявления костных маркеров, стимулируя остеогенез [30]. Сравнительный анализ остеогенного потенциала мезенхимальных клеток слизистой оболочки полости рта и костного мозга показал, что клетки слизистой оболочки обладают повышенной пролиферативной активностью и адгезией к носителю, при этом у них в аспекте иммунофе-нотипического профиля и способности к остеогенной дифференцировке различия не выявлены.

По данным литературы особое внимание необходимо уделить стволовым клеткам, полученным из зубного фолликула, которые способны дифференцироваться в клетки тканей пародонта. По результатам исследования установлено, что клетки зубного фолликула, растущие на дифференцированной питательной среде, в течение 2х недель дают группы специализированных клеток [31–33]. По данным эксперимента при замещении дефектов костной ткани мезенхимальными стволовыми клетками дентального сосочка совместно с обогащенной тромбоцитарной плазмой обнаруживается высокая степень костной регенерации с активными остео-цитами уже после 4-й недели эксперимента. На 8-й недели наблюдения формируется зрелая губчатая костная ткань с многочисленными полостями костного мозга. Данные клетки обладают высокой регенераторной способностью, однако, длитель- ный процесс дифференцировки, продолжительный адаптационный период необходимый для выработки матрикса, характерных протеогликинов и коллагена, инициируют развитие новых альтернативных методов тканевой инженерии [34].

В настоящее время большой интерес представляют тканевые трансплантаты, полученные методом тканевой инженерии. Под руководством профессора А.М. Зайдман в Новосибирском научноисследовательском институте травматологии и ортопедии имени Я.Л. Цивьяна Минздрава России был разработан трехмерный тканевоинженерный остеотрансплантат, полученный путем прямой дифференцировки из хондротрансплантата в остеогенной среде [35]. Остеотрансплантат состоит из клеток остеогенного ряда и матрикса, содержащего тканеспецифические белки, минеральных компонентов в виде матричных пузырьков, щелочной фосфатазы и кровеносных сосудов с эндотелиальной выстилкой. На основании экспериментальных исследований выявлено, что при трансплантации трехмерного остеотрансплантата в дефект костной ткани нижней челюсти через 7 дней в зоне трансплантата формируются трабекулярные структуры, окруженные активными