Персональний сайт - основні види матеріалів для кісткової пластики

Імплантаційні матеріали повинні володіти певними механічними, фізико-хімічними та біологічними властивостями, щоб забезпечити заданий характер взаємодії з внутрішнім середовищем організму.

Механічні властивості матеріалів визначають поведінку імплантатів під дією механічних сил; фізичні властивості характеризують відношення імплантатів до електричних, магнітних, світлових впливів; хімічні властивості вказують на опір імплантатів хімічного впливу середовища; біологічні властивості включають токсичність матеріалів, їх зв'язок з пухлиноутворення, корозійну стійкість, вплив на кров, біосумісність. Біосумісність є найбільш важливою властивістю, яким повинен володіти імплантологічний матеріал. Нерідко навіть з вуст фахівця можна почути термін «біоматеріали» стосовно матеріалів синтетичного походження, хоча це в корені невірно. Під біоматеріалами слід розуміти матеріали біологічного походження для трансплантології та імплантології, що випливає з приставки «біо» - життя. Матеріали, використовувані для виготовлення імплантатів називаються біосумісними, і вони в свою чергу поділяються на біотолерантние, біоінертні, біоактивні.

Як показала практика, жоден з нині використовуваних імплантологічних матеріалів не задовольняє всім необхідним вимогам, наприклад, біоінертний титан не має здатності стимулювати остеоінтеграцію, а біоактивна кераміка - необхідними механічними властивостями. Для вирішення цієї проблеми розроблено композиційні матеріали, зокрема, біокомпозіціонного покриття на титанових дентальних імплантатах.

1.1. Остеопластичні матеріали біологічного походження

Матеріали для кісткової пластики традиційно класифікують на аутогенні, алогенних, ксеногенні і алопластичні.

Існують кілька основних механізмів утворення кісткової тканини при використанні остеопластических матеріалів.

Остеокондукція- тип остеогенезу, при якому кістковопластичні матеріал виступає в ролі пасивної матриці (кондуктора, каркаса) для аппозиційного зростання кісткової тканини. Даний каркас здатний в трьох площинах направляти відкладення повноцінної кісткової субстанції на своїй поверхні.

Остеогенноекостеобразованіе - відбувається в разі присутності в трансплантаті життєздатних остеогенних клітин, здатних до диференціювання і синтезу основних складових позаклітинного кісткового матриксу.

Boyne (1973) розробив і сформулював парадигму, згідно з якою ідеальний кістковопластичні матеріал повинен:

- бути доступним в необхідній кількості;

- мати високу потенцією до костеообразованіе;

- сприяти реваскуляризації зони дефекту;

- мати високий остеоіндуктівний потенціал;

- забезпечувати регенерацію підтримують тканин зуба при його рухливості;

- володіти остеокондуктівнимі властивостями;

- сприяти формуванню нового сполучно-тканинної прикріплення в області пародонтальних дефектів;

- потребувати з метою його отримання додаткового хірургічного втручання в донорському ділянці;

- провокувати імунну відповідь з боку організму;

- перешкоджати новоутворення кісткової тканини.

1.1.1. Аутогенне (аутологичная) кісткова тканина

За структурою неваскулярізірованние кісткові трансплантати можуть бути кортикальними, губчастими (спонгіозним) і кортикально-губчастими. Кортикально-губчасті трансплантати найбільш повно відповідають вимогам кісткової реконструктивної хірургії: кортикальний шар бідний клітинними елементами, але надає трансплантату достатню міцність, в той час як губчаста речовина різко підвищує остеогенних потенціал трансплантата і провокує швидку і повну реваскуляризацію трансплантата. Механічна стабільність кортикальной аутокістки створює передумови для її використання в випадках, коли необхідна рання навантаження на зону трансплантації. Якщо міцність на стиск губчастої кістки знаходиться в межах від 5 до 60 МПа, то кортикальная кістка витримує компресійні навантаження до 140 МПа. Модуль пружності кортикальної кістки також значно перевищує той же показник губчастої: 14 ГПа проти 1,4 відповідно.

Для використання в стоматологічній практиці джерелом аутогенним кістки можуть служити внутріротова і позаротові донорські ділянки. Вибір того чи іншого місця для забору кісткової тканини залежить, перш за все, від розміру дефекту, що підлягає заміщенню. Найбільш «щедрим» донорським ділянкою є гребінь клубової кістки, з нього можна отримати кістковий блок об'ємом до 140 мл. До іншим позаротовим ділянок відносять велику гомілкову і тім'яну кістку. Незважаючи на значний масив кісткової тканини, який є в розпорядженні хірурга під Позаротовий ділянках, недоліком є ​​швидка резорбція таких трансплантатів після пересадки. Summers і Eisenstein, підбиваючи підсумки трансплантації аутокістки з області гребеня клубової кістки, повідомили, що близько 25% пацієнтів відчували значні больові та інші неприємні відчуття в області клубової кістки на протязі більш ніж п'яти років після операції.

Трансплантати, взяті з внутрішньоротових ділянок, в зв'язку з інтрамембранозним походженням щелепи, мають гомологічні властивості з сприймаючому ложем і тому довше зберігають свою початкову конфігурацію і менш схильні до резорбції. Відомо, що кістка інтрамембранозного походження рясніше кров'ю. Однак обсягу донорських тканин в порожнині рота не завжди буває достатньо. Так, наприклад, в області гілки нижньої щелепи доступний обсяг кістки ледь досягає 10 мл, а з підборіддя відділу можна отримати не більше 5 мл кісткової тканини. У деяких випадках доцільно використовувати кісткову тканину з області бугра верхньої щелепи, екзостозів або кісткову стружку, отриману в процесі препарування в довколишніх до приймаючого ложу областях.

1.1.2. алогенних трансплантати

В якості альтернативи аутогенного кістки були запропоновані алогенних матеріали, що дозволяють виключити необхідність нанесення додаткової операційної травми, скорочення тривалості проведення реконструктивної процедури і зменшення обсягу крововтрати. Перші кроки щодо застосування алогенних кістки були зроблені на початку 19-го століття. Так як в якості трансплантаційного матеріалу виступала свіжа, необроблена кісткова тканина, результати по її використанню рідко мали щасливий кінець. Низька ефективність використання «свіжої» аллогенной кістки, а також заборона церкви пересаджувати трупний кістка з релігійних міркувань змусили вчених відмовитися від трансплантації алогенних кістки
(Н.А. Плотніков, 1967). Проте, трупна кістка в якості трансплантаційного матеріалу після відповідної обробки до теперішнього часу широко використовується в практичній медицині.

Приготування алогенних матеріалів

Алогенних кісткові матеріали мають трупне походження, готуються і містяться в банках тканин. Найчастіше донорами стають раптово померлі люди, які не є носіями інфекційних та інших хронічних захворювань. З метою можливого виявлення інфекції, проводиться ряд досліджень крові донора, в тому числі визначення антитіл до ВІЛ-1, ВІЛ-2, до вірусу гепатиту В і С. Американська асоціація банків тканин вимагає також виявлення антитіл до Т-клітинної лейкемії першого і другого типу і ідентифікацію сифілісу. Деякі банки використовують такий сучасний високочутливий і високоспецифічний метод, як полімеразна ланцюгова реакція для виявлення ДНК ВІЛ-1 і гепатиту С.

Однак, незважаючи на досягнення сучасної імунологічної та генетичної діагностики, до сих пір фіксуються випадки передачі інфекційних захворювань з трансплантуються тканинами. Згідно з даними FDA (управління з лікарських засобів і харчових продуктів США) в 80-х роках 20 століття було виявлено безліч випадків зараження хворобою Крейтцфельда-Якоба - пріонової інфекцією, при якій відбувається повільна, прогресуюча загибель нейронів головного мозку. Окремі випадки інфікування даними дегенеративним неврологічним захворюванням, а також ВІЛ і гепатитом С відзначалися і в наступні роки. Підраховано, що при ретельному обстеженні та подальшої предстерилизационной і стерилізаційної обробці кісткового аллотрансплантата, ризик передачі ВІЛ складає 1: 1 - 1,6 мільйона.

Методи дезінфекції та стерилізації

Стерилізація гамма опроміненням в дозі до 25 кГр не приводить до виражених зміною пластичних властивостей кісткового матеріалу і не впливає на його остеоіндуктівний потенціал. Зазначена дозування дозволяє досягти високого гарантованого рівня стерильності по відношенню до більшості мікроорганізмів. Крім того, гамма випромінювання має особливість глибоко проникати в опромінювані тканини. Нейтралізація мікроорганізмів відбувається за рахунок розщеплення макромолекул (ДНК і РНК) мікробів і вірусів. Іншим механізмом дії гамма опромінення є утворення в гидратированной середовищі вільних радикалів, згубно впливають на мікроорганізми. Однак можливості методу обмежені слабким впливом на деякі види вірусів, які стійкі до гамма-випромінювання. Несприйнятливі до цього режиму стерилізації і більшість видів пріонів, загибель яких можлива тільки при впливі випромінювання з проникаючою дозою не менше 50 КДР.

Види алогенних кісткових матеріалів

Освіта токсичних перекисних сполук, в першу чергу гідроксілрадікала ОН - в результаті перекисного окислення ліпідів індукує пошкодження клітинних структур, в першу чергу мембран. Цей процес здійснюється в присутності вільної води. Тому в основі всіх сучасних методів консервації аллогенной кісткової тканини лежить процес вилучення води з трансплантата до мінімального рівня.

Видалення вільної води можна зробити різними методами. Глибока заморозка проводиться з метою іммобілізації вільної води і її кристалізації. При охолодженні трансплантата до температури - 80 ° С, очевидно, що вільної води в системі не залишається, отже процеси деградації органічною складовою блокуються. Паралельно з кристалізацією води, що знаходиться в міжклітинних просторах, процес кріоконсервації зачіпає і внутрішньоклітинну воду, приводячи до загибелі великої кількості клітин. Для захисту клітин від шкідливого впливу низьких температур використовують різні кріопротектори (гліцерин, етиленгліколь, метанол і ін.).

Запобігти денатурацію білків можна, скориставшись методом висушування при низьких температурах. Під лиофилизацией розуміють видалення надлишкової вологи методом сублімації сублімації
(Н.А. Плотніков, 1967). Початок використання методу ліофілізації датується 1890 роком, коли німецький гістолог R. Altmann першим здійснив метод висушування тканин із замороженого стану. До середини 20 століття цей метод консервації тканин набув широкого поширення в трансплантології. Він забезпечує видалення води з трансплантата у вигляді пари. Важливо зауважити, що при дотриманні технології, практично не спостерігається денатурація білків усередині трансплантата, і зберігаються основні біологічні властивості матеріалу. За даними американської асоціації тканинних банків (А.А.Т.Б.), ліофілізований алогенних кістковий трансплантат, залишкова волога не більш як 6%, може зберігатися при кімнатній температурі не менше 5 років.

Відмінною особливістю кісткових морфогенетичних білків від інших факторів росту, є їх властивість трансформувати клітини сполучної тканини в остеопрогеніторние, чого не було помічено при вивченні інсуліноподібного, фібробластний, епідермального і інших чинників зростання. Таким чином, ці речовини не тільки володіють стимулюючим ефектом на мітотичну активність клітин, сприяючи їх поділу, а й впливають на морфогенез тканини. Реалізується це шляхом зв'язування кісткових морфогенетичних білків зі специфічними рецепторами, які бувають двох типів - рецептори КМБ тип - 1 і рецептори КМБ тип - 2 і знаходяться на поверхні остеопрогеніторних клітин. На сьогоднішній день ідентифіковано як мінімум 3 різних варіанти рецепторів 2 типу, здатних взаємодіяти з остеоіндуктівнимі молекулами КМБ, включаючи КМБ-2, 4 і 7.

У табл. 1 перераховані основні типи кісткових морфогенетичних білків із зазначенням їх функцій.

Типи і функції морфогенетических білків

Ефективність демінералізовану аллотрансплантатов

На тлі існуючого різноманіття остеопластических матеріалів, застосування алогенних замінників кістки заслуговує великої уваги. Доведено принципову здатність деминерализованного кісткового матриксу індукувати процеси остеорепарації в зоні кісткових дефектів різної конфігурації. Теоретичною передумовою для такого впливу є факт експозиції кісткових морфогенетичних білків, чия роль безперечна у відновленні цілісності кісткової тканини.

1.1.3. ксеногенні матеріали

Донорами ксеногенних (від грецького ксено чужорідний, невластивий і генезис - походження) кісткових матеріалів є представники тварин іншого ніж реципієнт виду.

Основною структурною одиницею колагену є палочкообразной молекула тропоколагену. Молекула тропоколагену має довжину приблизно 3000 нм і діаметр 1,5 нм і складається з трьох поліпептидних ланцюгів приблизно рівної довжини, з якої дві, як правило, ідентичні і називаються a-1 ланцюгами (Х.Д.Якубке, Х.Ешкайт, 1985) . Кожна ланцюг тропоколагену містить 1 012 амінокислот і знаходиться в формі лівообертальною спіралі, причому кожні три амінокислотних залишку утворюють один виток. Об'єднавшись з третьої, a-2 ланцюгом молекула тропоколагену a-1 ланцюга формує правовращающую суперспіраль. Цікаво, що колаген хряща включає три ідентичні ланцюга тропоколагену, в той час як всі три ланцюги тропоколагену шкіри тунця відрізняються один від одного.

Колаген I типу в достатку присутній в кістковій тканині, сухожиллях, зв'язках, шкірі, матці і рогової оболонки ока, мається на фіброзному кільці міжхребцевого диска, в тканинах шлунково-кишкового тракту і становить від 80% до 99% всього колагену. Особливості структури колагену обумовлюють його характеристики. Колагенові волокна відрізняються гнучкістю, міцністю на розрив і відносно малою еластичністю. Також в кістки визначаються сліди колагену III, V, XI і Х типів. Передбачається, що ці включення належать іншим тканинам, присутнім в кістки. Так, наявність колагену V типу, може бути пов'язано з проходженням в товщі кістки внутрикостного судинного русла, а колаген XI типу відображає присутність залишків кальцифікованими хряща.

Колаген відрізняється рядом біохімічних та біофізичних властивостей, які роблять його дуже виграшним біоматеріалом. До цих властивостей відносять механічну міцність, здатність регулювати міжклітинні контакти, низьку імуногенність, біодеградіруемие. Тісно взаємодіючи з іншими речовинами позаклітинного матриксу, такими як глікозаміноглікани і фибронектин, колаген є натуральним субстратом для росту і життєзабезпечення кісткових клітин. Велика роль колагену в процесах загоєння тканин. Виявляючи хемотаксические властивості, молекули колагену виступають в ролі центрів освіти фібрилярних структур. Доведено присутність на поверхні клітин специфічних рецепторів - интегринов, що відповідають за взаємодію з молекулами колагену. Наприклад, глікопротеїн VI - тромбоцито-специфічний колагеновий рецептор грає пускову роль в агрегації і активації тромбоцитів на поверхні коллагеновой матриці судин, а аффінниє до колагену I типу інтегрини a2 b1 і a1 b1 здатні стимулювати хемотаксис лейкоцитів і навіть брати участь у фібрилогенезі колагенових волокон.

В очищеному неденатурований вигляді колаген має низьку імуногенність. Основний локус антигенности колагену розташований в С-кінцевому і N-кінцевому домені, в неспіралевідних структурах молекули звані телепептідамі. Слабка антигенность колагену обумовлена ​​його стійкістю до розщеплюється впливу звичайних протеолітичних ферментів і здатністю спиралевидной структури маскувати антигенні детермінанти.

На підставі вищевикладеного, можна зробити висновок, що колаген є одним з найбільш перспективних матеріалів для остеопластики. Для заміщення кісткових дефектів знайшов широке застосування очищений колаген бичачого походження, який для посилення остеокондуктивних властивостей змішують з кальцій-фосфатної керамікою. До представників цієї групи матеріалів слід віднести матеріал Healos компанії Johnson and Johnson, до складу якого входять волокна бичачого колагену I типу, вкриті за запатентованою компанією технології мікрогранулами синтетичного гідроксиапатиту. В даний час проводяться експерименти на лабораторних тваринах по використанню даного матеріалу в якості носія рекомбінантного людського фактора росту і диференціювання 5 (rh GDF5).

Біо-ОСС (Geistlich) - повністю позбавлений органічною складовою матеріал з бичачої кісткової тканини. Випускається в формі кортикальних і губчастих блоків і в гранульованому вигляді. Поряд з іншими ксеногенними замінниками кісткової тканини, матеріал має виражені остеокондуктівнимі властивостями, що дозволяють застосовувати його для усунення внутрішньокісткових дефектів в реконструктивної пародонтологии, імплантології та щелепно-лицевої хірургії.

Пепген Р-15 (DentsplyFriadentCeraMed) - сучасний кістково-пластичний матеріал, що втілює останні досягнення молекулярної біології і тканинної інженерії.