Использование ксеногенного нативного костного минерала для замещения критических костных дефектов свода черепа крыс

Цель. Оценить эффективность замещения дефектов костной ткани у крыс оригинальным ксеногенным нативным минералом в сравнении с широко распространенным нативным костным минералом Geistlich Bio-Oss® и аутотрансплантатом.

Материалы и методы. Крысам SpragueDawley (n = 48) искусственно создавали критический дефект путем трепанации свода черепа. Животных подразделяли на 4 группы (n = 12). В первой группе дефект оставляли незаполненным (отрицательный контроль), во второй замещали аутотрансплантатом (положительный контроль), в третьей – препаратом-компаратором Geistlich Bio-Oss и в четвертой – тестируемым ксеногенным нативным минералом. Вывод крыс из эксперимента производили через 4 и 12 месяцев (по 6 крыс из каждой группы на временную точку). Биоптаты включали в себя область дефекта и прилежащие нативные ткани. Методом микрокомпьютерного томографирования моделировали трехмерную структуру, определяли степень минерализации ткани и измеряли объем новообразованных костных элементов. Для исследования микроструктуры костных биоптатов ткань подвергали декальцинированию в электролитном растворе в течение 96 часов, затем окрашивали гематоксилином и эозином.

Результаты. Наибольший объем новообразованной костной ткани наблюдали у крыс положительного контроля, наименьший – у крыс отрицательного контроля. У крыс, которым костный дефект замещали оригинальным ксеногенным костным минералом, объем новообразованной ткани был выше, чем в группе особей с замещением костного дефекта препаратом-компаратором Geistlich Bio-Oss. Показатели минеральной плотности, толщины костных балок и доли минерализации между экспериментальными группами не отличались и находились ближе к показателям группы положительного контроля, что свидетельствует об их эффективности.

Заключение. Оригинальный ксеногенный костный минерал способствует индукции регенерации костной ткани по сравнению с широко используемым в клинической практике препаратом Geistlich Bio-Oss®.

1. Courney P Maxwell, ed. Recent Advances in Orthopedics-2. Jaypee Brothers Medical Publishers; 2018.

2. GBD 2016 Disease and Injury Incidence and Prevalence Collaborators. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 328 diseases and injuries for 195 countries, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet. 2017;390(10100):1211-1259. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(17)32154-2

3. Haagsma JA, Graetz N, Bolliger I, Naghavi M, Higashi H, Mullany EC, Abera SF, Abraham JP, Adofo K, Alsharif U, Ameh EA, Ammar W, Antonio CA, Barrero LH, Bekele T, Bose D, Brazinova A, Catalá-López F, Dandona L, Dandona R, Dargan PI, De Leo D, Degenhardt L, Derrett S, Dharmaratne SD, Driscoll TR, Duan L, Petrovich Ermakov S, Farzadfar F, Feigin VL, Franklin RC, Gabbe B, Gosselin RA, Hafezi-Nejad N, Hamadeh RR, Hijar M, Hu G, Jayaraman SP, Jiang G, Khader YS, Khan EA, Krishnaswami S, Kulkarni C, Lecky FE, Leung R, Lunevicius R, Lyons RA, Majdan M, Mason-Jones AJ, Matzopoulos R, Meaney PA, Mekonnen W, Miller TR, Mock CN, Norman RE, Orozco R, Polinder S, Pourmalek F, Rahimi-Movaghar V, Refaat A, Rojas-Rueda D, Roy N, Schwebel DC, Shaheen A, Shahraz S, Skirbekk V, Søreide K, Soshnikov S, Stein DJ, Sykes BL, Tabb KM, Temesgen AM, Tenkorang EY, Theadom AM, Tran BX, Vasankari TJ, Vavilala MS, Vlassov VV, Woldeyohannes SM, Yip P, Yonemoto N, Younis MZ, Yu C, Murray CJ, Vos T. The global burden of injury: incidence, mortality, disability-adjusted life years and time trends from the Global Burden of Disease study 2013. Inj Prev. 2016;22(1):3-18. https://doi.org/10.1136/injuryprev-2015-041616

4. Global Burden of Disease Child and Adolescent Health Collaboration, Kassebaum N, Kyu HH, Zoeckler L, Olsen HE, Thomas K, Pinho C, Bhutta ZA, Dandona L, Ferrari A, Ghiwot TT, Hay SI, Kinfu Y, Liang X, Lopez A, Malta DC, Mokdad AH, Naghavi M, Patton GC, Salomon J, Sartorius B, Topor-Madry R, Vollset SE, Werdecker A, Whiteford HA, Abate KH, Abbas K, Damtew SA, Ahmed MB, Akseer N, Al-Raddadi R, Alemayohu MA, Altirkawi K, Abajobir AA, Amare AT, Antonio CAT, Arnlov J, Artaman A, Asayesh H, Avokpaho EFGA, Awasthi A, Ayala Quintanilla BP, Bacha U, Betsu BD, Barac A, Bärnighausen TW, Baye E, Bedi N, Bensenor IM, Berhane A, Bernabe E, Bernal OA, Beyene AS, Biadgilign S, Bikbov B, Boyce CA, Brazinova A, Hailu GB, Carter A, Castañeda-Orjuela CA, Catalá-López F, Charlson FJ, Chitheer AA, Choi JJ, Ciobanu LG, Crump J, Dandona R, Dellavalle RP, Deribew A, deVeber G, Dicker D, Ding EL, Dubey M, Endries AY, Erskine HE, Faraon EJA, Faro A, Farzadfar F, Fernandes JC, Fijabi DO, Fitzmaurice C, Fleming TD, Flor LS, Foreman KJ, Franklin RC, Fraser MS, Frostad JJ, Fullman N, Gebregergs GB, Gebru AA, Geleijnse JM, Gibney KB, Gidey Yihdego M, Ginawi IAM, Gishu MD, Gizachew TA, Glaser E, Gold AL, Goldberg E, Gona P, Goto A, Gugnani HC, Jiang G, Gupta R, Tesfay FH, Hankey GJ, Havmoeller R, Hijar M, Horino M, Hosgood HD, Hu G, Jacobsen KH, Jakovljevic MB, Jayaraman SP, Jha V, Jibat T, Johnson CO, Jonas J, Kasaeian A, Kawakami N, Keiyoro PN, Khalil I, Khang YH, Khubchandani J, Ahmad Kiadaliri AA, Kieling C, Kim D, Kissoon N, Knibbs LD, Koyanagi A, Krohn KJ, Kuate Defo B, Kucuk Bicer B, Kulikoff R, Kumar GA, Lal DK, Lam HY, Larson HJ, Larsson A, Laryea DO, Leung J, Lim SS, Lo LT, Lo WD, Looker KJ, Lotufo PA, Magdy Abd El Razek H, Malekzadeh R, Markos Shifti D, Mazidi M, Meaney PA, Meles KG, Memiah P, Mendoza W, Abera Mengistie M, Mengistu GW, Mensah GA, Miller TR, Mock C, Mohammadi A, Mohammed S, Monasta L, Mueller U, Nagata C, Naheed A, Nguyen G, Nguyen QL, Nsoesie E, Oh IH, Okoro A, Olusanya JO, Olusanya BO, Ortiz A, Paudel D, Pereira DM, Perico N, Petzold M, Phillips MR, Polanczyk GV, Pourmalek F, Qorbani M, Rafay A, Rahimi-Movaghar V, Rahman M, Rai RK, Ram U, Rankin Z, Remuzzi G, Renzaho AMN, Roba HS, Rojas-Rueda D, Ronfani L, Sagar R, Sanabria JR, Kedir Mohammed MS, Santos IS, Satpathy M, Sawhney M, Schöttker B, Schwebel DC, Scott JG, Sepanlou SG, Shaheen A, Shaikh MA, She J, Shiri R, Shiue I, Sigfusdottir ID, Singh J, Silpakit N, Smith A, Sreeramareddy C, Stanaway JD, Stein DJ, Steiner C, Sufyan MB, Swaminathan S, Tabarés-Seisdedos R, Tabb KM, Tadese F, Tavakkoli M, Taye B, Teeple S, Tegegne TK, Temam Shifa G, Terkawi AS, Thomas B, Thomson AJ, TobeGai R, Tonelli M, Tran BX, Troeger C, Ukwaja KN, Uthman O, Vasankari T, Venketasubramanian N, Vlassov VV, Weiderpass E, Weintraub R, Gebrehiwot SW, Westerman R, Williams HC, Wolfe CDA, Woodbrook R, Yano Y, Yonemoto N, Yoon SJ, Younis MZ, Yu C, Zaki MES, Zegeye EA, Zuhlke LJ, Murray CJL, Vos T. Child and Adolescent Health From 1990 to 2015: Findings From the Global Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors 2015 Study. JAMA Pediatr. 2017;171(6):573-592. https://doi.org/10.1001/jamapediatrics.2017.0250

5. Mokdad AH, Forouzanfar MH, Daoud F, Mokdad AA, El Bcheraoui C, Moradi-Lakeh M, Kyu HH, Barber RM, Wagner J, Cercy K, Kravitz H, Coggeshall M, Chew A, O'Rourke KF, Steiner C, Tuffaha M, Charara R, Al-Ghamdi EA, Adi Y, Aff RA, Alahmadi H, AlBuhairan F, Allen N, AlMazroa M, Al-Nehmi AA, AlRayess Z, Arora M, Azzopardi P, Barroso C, Basulaiman M, Bhutta ZA, Bonell C, Breinbauer C, Degenhardt L, Denno D, Fang J, Fatusi A, Feigl AB, Kakuma R, Karam N, Kennedy E, Khoja TA, Maalouf F, Obermeyer CM, Mattoo A, McGovern T, Memish ZA, Mensah GA, Patel V, Petroni S, Reavley N, Zertuche DR, Saeedi M, Santelli J, Sawyer SM, Ssewamala F, Taiwo K, Tantawy M, Viner RM, Waldfogel J, Zuñiga MP, Naghavi M, Wang H, Vos T, Lopez AD, Al Rabeeah AA, Patton GC, Murray CJ. Global burden of diseases, injuries, and risk factors for young people's health during 1990-2013: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2013. Lancet. 2016;387(10036):2383-2401. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(16)00648-6

6. Hasan A, Byambaa B, Morshed M, Cheikh MI, Shakoor RA, Mus tafy T, Marei H. Advances in osteobiologic materials for bone substitutes. J Tissue Eng Regen Med. 2018;12(6):1448-1468. https://doi.org/10.1002/term.2677

7. Pearlin, Nayak S, Manivasagam G, Sen D. Progress of Regenerative Therapy in Orthopedics. Curr Osteoporos Rep. 2018;16(2):169- 181. https://doi.org/10.1007/s11914-018-0428-x

8. Smith WR, Hudson PW, Ponce BA, Rajaram Manoharan SR. Nanotechnology in orthopedics: a clinically oriented review. BMC Musculoskelet Disord. 2018;19(1):67. https://doi.org/10.1186/s12891-018-1990-1

9. Azi ML, Aprato A, Santi I, Kfuri M Jr, Masse A, Joeris A. Autologous bone graft in the treatment of post-traumatic bone defects: a systematic review and meta-analysis. BMC Musculoskelet Disord. 2016;17(1):465. https://doi.org/10.1186/s12891-016-1312-4

10. Fillingham Y, Jacobs J. Bone grafts and their substitutes. Bone Joint J. 2016;98-B(1 Suppl A):6-9. https://doi.org/10.1302/0301-620X.98B.36350

11. Bhatt RA, Rozental TD. Bone graft substitutes. Hand Clin. 2012;28(4):457-68. https://doi.org/10.1016/j.hcl.2012.08.001

12. Roberts TT, Rosenbaum AJ. Bone grafts, bone substitutes and orthobiologics: the bridge between basic science and clinical advancements in fracture healing. Organogenesis 2012;8:114-124. https://doi.org/10.4161/org.23306

13. Boskey AL. Bone composition: relationship to bone fragility and antiosteoporotic drug effects. Bonekey Rep. 2013;2:447. https://doi.org/10.1038/bonekey.2013.181

14. Clarke B. Normal bone anatomy and physiology. Clin J Am Soc Nephrol. 2008;3 Suppl 3(Suppl 3):S131-9. https://doi.org/10.2215/CJN.04151206

15. Bagher Z, Rajaei F, Shokrgozar M. Comparative study of bone repair using porous hydroxyapatite/ β-tricalcium phosphate and xenograft scaffold in rabbits with tibia defect. Iran Biomed J. 2012;16(1):18- 24. https://doi.org/10.6091/IBJ.996.2012

16. Li Q, Zhou G, Yu X, Wang T, Xi Y, Tang Z. Porous deproteinized bovine bone scaffold with three-dimensional localized drug delivery system using chitosan microspheres. Biomed Eng Online. 2015;14:33. https://doi.org/10.1186/s12938-015-0028-2

17. Kurkcu M, Benlidayi ME, Cam B, Sertdemir Y. Anorganic bovine-derived hydroxyapatite vs β-tricalcium phosphate in sinus augmentation: a comparative histomorphometric study. J Oral Implantol. 2012;38:519-26. https://doi.org/10.1563/AAIDJOI-D-11-00061

18. Salgado CL, Grenho L, Fernandes MH, Colaço BJ, Monteiro FJ. Biodegradation, biocompatibility, and osteoconduction evaluation of collagen-nanohydroxyapatite cryogels for bone tissue regeneration. J Biomed Mater Res A. 2016;104(1):57-70. https://doi.org/10.1002/jbm.a.35540

19. Cha JK, Lee JS, Kim MS, Choi SH, Cho KS, Jung UW. Sinus augmentation using BMP-2 in a bovine hydroxyapatite/collagen carrier in dogs. J Clin Periodontol. 2014;41(1):86-93. https://doi.org/10.1111/jcpe.12174

20. Lü X, Wang J, Li B, Zhang Z, Zhao L. Gene expression profle study on osteoinductive effect of natural hydroxyapatite. J Biomed Mater Res A. 2014;102(8):2833-41. https://doi.org/10.1002/jbm.a.34951

21. Spicer PP, Kretlow JD, Young S, Jansen JA, Kasper FK, Mikos AG. Evaluation of bone regeneration using the rat critical size calvarial defect. Nat Protoc. 2012;7(10):1918-29. https://doi.org/10.1038/nprot.2012.113

22. Brydone AS, Meek D, Maclaine S. Bone grafting, orthopaedic biomaterials, and the clinical need for bone engineering. Proc Inst Mech Eng H. 2010;224(12):1329-43. https://doi.org/10.1243/09544119JEIM770

23. O'Keefe RJ, Mao J. Bone tissue engineering and regeneration: from discovery to the clinic--an overview. Tissue Eng Part B Rev. 2011;17(6):389-92. https://doi.org/10.1089/ten.TEB.2011.0475