The problem of blood supply for large tissue-engineered bone grafts on the way to resolution

Full Text

До настоящего времени в тканевой инженерии особое место занимает проблема обеспечения адекватного кровоснабжения трансплантированного материала, актуальность которой постоянно возрастает с развитием медицинских технологий. В частности, современный уровень травматологии и ортопедии теоретически позволяет оптимизировать восстановление больших по объёму участков костных органов с помощью тканеинженерных эквивалентов костной ткани. Однако графты больших размеров в условиях in vivo испытывают дефицит кровоснабжения: клетки, находящиеся на периферии графта, получают большее количество кислорода и питательных веществ, чем пул центральной части, численность которого быстро снижается. Доказано, что клетки, отдалённые от гемомикроциркуляторного русла более чем на 200-500 мкм, неизбежно погибают в ходе эксперимента [1, 2], а матрикс замещается волокнистой соединительной тканью. В связи с этим во многих исследованиях, в которых используются трансплантаты для замещения дефектов критических размеров, результаты применения носителей с клетками и без них существенно не отличаются.

Чтобы повысить выживаемость клеток, входящих в состав трансплантата, проводятся разработки дополнительных методов индукции ангиогенеза. В частности, используются цитокины - сосудистый эндотелиальный фактор роста [VEGF] и фактор роста фибробластов b [FGF b] - как модуляторы роста сосудов [3, 4]; применяется метод префабрикации, основанный на имплантации носителя в богато кровоснабжаемую ткань [чаще всего - мышечную] для формирования в нём собственной капиллярной сети, которую на этапе основной трансплантации соединяют с кровеносным руслом реципиента [4, 5].

В последнее время всё большее внимание уделяется модели артериовенозной петли [arteriovenous loop], состоящей из артериального и венозного сосудов крупного калибра, искусственно соединенных венозным анастомозом с помощью микрохирургической техники [6, 7, 8]. Шунт играет роль коллатерали, располагать которую можно в зависимости от выбранного места трансплантации. Артериовенозная петля, помещённая в центральную часть трансплантата, является источником «осевой васкуляризации». Подготовка носителя к данной манипуляции предполагает создание сквозного отверстия в его центре и радиального разреза, через который осуществляется проведение венозного анастомоза в центр матрикса. В результате образование новой капиллярной сети происходит изнутри [«внутренняя васкуляризация» [1]], что в сочетании с ангиогенезом с периферии [«внешняя васкуляризация» [1]] обеспечивает адекватное кровоснабжение и, таким образом, открывает значительные перспективы в решении проблемы повышения выживаемости клеток, входящих в состав графтов.

Для подтверждения значимости модели артериовенозной петли как пути решения проблемы кровоснабжения трансплантатов Andreas Arkudas с соавт. [2007] опубликовали в журнале Tissue Engineering результаты научной работы, в которой трансплантировали крысам деминерализованную бычью губчатую костную ткань [processed bovine cancellous bone, РВОВ] [7]. Животным первой группы [п = 34] носитель, имеющий форму диска [9x5 мм], трансплантировали в зону артериовенозной петли, созданной между бедренными артерией и веной, и через 6 недель инъецировали в матрикс 5х10^в аутогенных остеобластов, меченных флуорохромом [carboxyfluorescein diacetate, CFDA], Животным контрольной группы [n = 32] костный матрикс вводили подкожно и инъецировали те же клетки спустя 6 недель. Полученные материалы были подвергнуты гистологическому, морфометрическому и молекулярно-биологическому анализу через 1, 4, 8, 16 недель для определения доли выживших клеток. Было доказано, что «осевая васкуляризация» в значительной степени увеличивает жизнеспособность клеток, несмотря на одинаково интенсивную воспалительную реакцию, показанную в обеих группах. Формирование костной ткани на всём протяжении матрикса было выявлено лишь в одном случае - в материале, изъятом спустя 16 недель, что связано, возможно, с недостатками методики внесения клеток. В частности, доказано, что для реализации своего регенераторного потенциала клеточная популяция должна находиться в адгезированном к поверхности носителя состоянии [9], чего невозможно достичь при инъекционном введении.

Кроме того, в работе U. Kneser с соавт. [2006] определяли эффективность использования артериовенозной петли как индуктора «внутренней васкуляризации» матрикса без клеток [8]. Исследователи пришли к выводу, что достаточная плотность капилляров в материале из РВСВ при использовании модели артериовенозной петли определяется лишь к восьмой неделе. Данный факт, в дополнение к неэффективности выбранного в исследовании 2007 года метода введения клеток, объясняет отсутствие сформированной костной ткани на первой и четвёртой неделях.

Реализация остеогенных потенций тканеинжнерных эквивалентов костной такни больших размеров с использованием артериовенозной петли является перспективным и многообещающим методом. Однако на сегодняшний день техника префабрикации не уступает ему по своим результатам. В частности, еще в 1998 году F. Casabona с соавт. опубликовал материалы исследования, в котором матрикс из гидроксиапатита, населённый остеогенными клетками костного мозга, трансплантировали в широчайшую мышцу спины. Спустя восемь недель извлечённый материал по гистологическому строению соответствовал губчатой костной ткани [10]. Успешные результаты работы во многом обусловлены оптимальной адгезией клеток к гидроксиапатиту в условиях in vitro.

Таким образом, модель артериовенозной петли является ещё одним звеном в цепи индуцированной репаративной регенерации, потенциально способным оптимизировать кровоснабжение тканеинженерных эквивалентов и тем самым повысить выживаемость вносимых клеточных элементов, что способствует достижению положительных результатов трансплантации. Однако непосредственная методика графтинга с применением модели «осевой васкуляризаци» требует дальнейшего изучения и совершенствования.

About the authors

I. Ya. Bozo

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files