BACKGROUND: The number of patients requiring bone graft procedures is rising every year. Gene-activated osteoplastic matrices represent a promising alternative to traditional bone grafting methods, as they enable sustained and targeted expression of osteoinductive genes directly within the defect area.
AIM: The work aimed to evaluate the properties of gene-activated matrices based on polylactide microparticles and platelet-rich plasma impregnated with adenoviral constructs carrying the BMP2 gene.
METHODS: Light and fluorescence microscopy, flow cytometry, spectrophotometry, real-time polymerase chain reaction, histological staining, histomorphometric analysis, MTT assay, and biochemical assays were performed.
RESULTS: The optimal concentration of adenoviral vectors carrying the BMP2 gene for impregnation into matrices based on polylactide microparticles and platelet-rich plasma was determined using the MTT assay and flow cytometry. The resulting gene-activated matrices were shown to be non-cytotoxic and to stimulate the active proliferation of multipotent mesenchymal stromal cells. As assessed by spectrophotometry, the matrices released genetic constructs in a sustained manner over 15 days. Fluorescence microscopy and real-time polymerase chain reaction confirmed effective and gradual transduction of cell cultures. Histological analysis of tissue sections obtained 28 days after intramuscular implantation in rats demonstrated in vivo biocompatibility of the matrices. The gene-activated matrices induced osteogenic differentiation of adipose tissue–derived multipotent mesenchymal stromal cells, confirmed by increased expression of osteogenic differentiation markers, elevated alkaline phosphatase activity, and extracellular matrix mineralization.
CONCLUSION: The developed gene-activated matrices composed of polylactide microparticles and platelet-rich plasma and incorporating adenoviral vectors carrying BMP2 gene demonstrated effectiveness in in vitro experiments and may be used for repair of bone tissue defects.
Обоснование. Ежегодно увеличивается число пациентов, нуждающихся в проведении операций по восстановлению костной ткани. Ген-активированные остеопластические матриксы представляют собой перспективную альтернативу традиционным методам костной пластики, поскольку обеспечивают длительную и направленную экспрессию генов-остеоиндукторов непосредственно в зоне дефекта.
Цель. Оценка свойств ген-активированных матриксов на основе полилактидных микрочастиц и обогащённой тромбоцитами плазмы, импрегнированных аденовирусными конструкциями с геном BMP2.
Методы. В работе использованы световая и флуоресцентная микроскопия, проточная цитофлуориметрия, спектрофотометрия, полимеразная цепная реакция в режиме реального времени, гистологическое окрашивание, гистоморфометрический анализ, МТТ-тест и биохимический тест.
Результаты. Посредством МТТ-теста и проточной цитофлуориметрии подобрана оптимальная концентрация аденовирусных векторов с геном BMP2 для импрегнации в матриксы на основе полилактидных микрочастиц и обогащённой тромбоцитами плазмы. Показано, что полученные ген-активированные матриксы не оказывают цитотоксического действия и способствуют активной пролиферации мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток. Высвобождение генетических конструкций из матриксов происходило пролонгированно в течение 15 дней, что оценивалось спектрофотометрически. Методами флуоресцентной микроскопии и полимеразной цепной реакции в режиме реального времени установлено, что ген-активированные матриксы обеспечивали эффективную и постепенную трансдукцию клеточных культур. С помощью анализа гистологических срезов через 28 сут после внутримышечной имплантации крысам была продемонстрирована биосовместимость матриксов in vivo. Ген-активированные матриксы индуцировали остеогенную дифференцировку мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток жировой ткани, что подтверждается возрастанием экспрессии маркёров остеогенной дифференцировки, активности щелочной фосфатазы и минерализации внеклеточного матрикса.
Заключение. Разработанные ген-активированные матриксы из полилактидных микрочастиц и обогащённой тромбоцитами плазмы, содержащие аденовирусные векторы с геном BMP2, показали свою эффективность в экспериментах in vitro и могут быть использованы для восполнения дефектов костной ткани.