Био-осс: костный материал

В последние несколько лет костные заменители естественного происхождения и коллагеновые мембраны завоевали популярность в хирургической стоматологии. Преимущества этих материалов заключаются в их близком сродстве с тканями человека. Хорошо известно, что биологические свойства материала в значительной степени зависят от структуры и химических характеристик их поверхности. Таким образом, биоматериалы естественного происхождения наиболее благоприятным образом влияют на адгезию клеток, заживление ран и регенерацию тканей, а также служат матрицей для новой формирующейся ткани. В современной тканевой инженерии наметилась тенденция к использованию таких материалов в качестве носителей для культур клеток и тканей.

Минерал естественной кости Био-Осс

Аутогенная кость считается золотым стандартом, особенно при устранении больших костных дефектов. Однако доступный для трансплантации объем кости из внутриротовых источников часто довольно ограничен, а создание дополнительного донорского участка приводит к дискомфорту и повышает вероятность развития осложнений. Помимо этого, выраженная резорбция аутогенного костного трансплантата эндохондрального происхождения ухудшает клинический результат. Для устранения указанных недостатков аутогенного трансплантата используют остеокондуктивные и медленнорезорбируемые заменители кости, например естественный костный минерал Био-Осс.

Химические и физические характеристики

Био-Осс обладает выраженным остеокондуктивным потенциалом, что объясняется его близким сродством с костью человека. Такой эффект достигается посредством химической и физической обработки естественной кости, в результате которой происходит высокоэффективная очистка сырья.

Как известно, кость состоит из неорганической минеральной матрицы и каркаса коллагеновых волокон и протеинов. В процессе производства Био-Осс происходит удаление органической составляющей и остается минеральная основа, состоящая из микротоннелей и микрокапилляров между кристаллами апатита. Минеральная матрица Био-Осс по химическому составу, морфологии и ультраструктуре очень близка к кости человека. Считается, что именно кристаллическая структура заменителя кости определяет клеточную и тканевую реакцию организма на материал. Данные сканирующей электронной микроскопии показывают, что кристаллическая структура Био-Осс организована так же, как кристаллы апатита здоровой кости. В своей статье Benezra Rosen и соавт. отметили, что «по данным СЭМ, морфология кристаллов и их организация не изменяются в процессе обработки сырья». С другой стороны, синтетические гидроксиапатиты не обладают ультраструктурными особенностями естественных минералов. Исследования показали, что Био-Осс лучше интегрируется с костью по сравнению с другими материалами естественного происхождения, которые состоят из более крупных кристаллов.

В имплантологии хорошо известно, что топография поверхности влияет на прикрепление клеток. Имплантаты с относительно гладкими поверхностями имеют худшую интеграцию по сравнению с имплантатами, имеющими шероховатые поверхности. Био-Осс имеет естественную шероховатую поверхность, которая способствует прикреплению и пролиферации остеобластов, а также синтезу матрицы. Zimrnermann и соавт. предположили, что морфологические характеристики Био-Осс, в частности высокая пористость и сходная с естественной костью кристаллическая структура, способствуют миграции остеоцитов и обеспечивают резорбцию материала. Еще одним важным фактором, влияющим на реакцию тканей, является площадь внутренней поверхности. Этот показатель характеризует внутреннее пространство материала, доступное для врастания кровеносных сосудов и кости. Таким образом, площадь поверхности определяет интеграцию материала с костью. Weibrich и соавт. сравнили специфическую внутреннюю поверхность 12 различных костных материалов. Оказалось, что внутренняя поверхность Био-Осс (79,7 м2/г) более чем в 5 раз превосходила все тестируемые материалы (см. рис. З).

Безопасность Био-Осс

В последние годы особую актуальность приобрели вопросы безопасности и чистоты материалов, полученных из крупного рогатого скота. Несмотря на непрекращающееся обсуждение проблемы коровьей губчатой энцефалопатии (коровьего бешенства), беспокойство носит исключительно эмоциональный характер. С научной точки зрения безопасность Био-Осс надежно доказана. Результаты различных высокочувствительных тестов продемонстрировали отсутствие протеинов в Био-Осс. Безопасность продукта определяют следующие параметры:

• Процессы обработки и их способность инактивировать потенциально опасные прионы
• Сырье, например ткани крупного рогатого скота, используемые для производства материала
• Страна происхождения сырья

Процесс производства Био-Осс включает в себя несколько этапов, каждый из которых эффективно инактивирует потенциальные прионы. Подобная обработка включает в себя температурное воздействие в течение более 15 часов и специфические процессы химической очистки с помощью щелочных соединений. В настоящее время щелочная инактивация является принятым методом обработки, эффективность которого была доказана на примере Био-Осс. В результате комбинации нескольких методов в процессе производства Био-Осс происходит полная инактивация потенциальных возбудителей (прионов).

При выборе сырья необходимо обращать внимание на страну происхождения с точки зрения частоты случаев коровьего бешенства, эффективности ветеринарных и контролирующих органов, а также мер предосторожности, направленных против эпидемий коровьего бешенства. Сырье для изготовления Био-Осс получают из США, поскольку именно в этой стране действует наиболее эффективная программа ветеринарного контроля, и до настоящего времени не было выявлено ни одного случая коровьего бешенства. Научный руководящий комитет Европейского Союза относит США к странам II класса, т.е. странам, не имеющим высокой вероятности заражения коровьим бешенством. Однако никогда нельзя полностью исключить развития этого заболевания. Меры предосторожности в отношении коровьего бешенства в США считаются эффективными. Дополнительный фактор безопасности Био-Осс заключается в том, что кости получают только из трех боен, которые находятся под постоянным контролем

Департамента сельского хозяйства США (USDA). Все животные, попадающие на скотобойню, подвергаются тщательному контролю сотрудниками ветеринарной службы. Забор сырья проводят только у здоровых животных и в соответствии с самыми строгими стандартами качества и безопасности. Костные заменители бычьего происхождения считаются безопасными, если они были произведены из безопасного сырья, такого, как кости конечностей (например, Био-Осс), если в стране происхождения действуют строгие программы профилактики развития инфекционных заболеваний и если при создании материала используются эффективные процессы инактивации инфекционных агентов. Такие материалы соответствуют или даже превосходят требования безопасности для медицинской продукции.

Биологические характеристики

Реакция ткани в раннем послеоперационном периоде и интеграция с костью Сразу после имплантации материала его поверхность начинает впитывать кровь и протеины сыворотки. Специальные рецепторы клеточной оболочки, называемые интегринами, обычно влияют на адгезию клеток. Степень абсорбции протеинов и интегрины, а также площадь поверхности материала, вероятно, являются ключевыми факторами, влияющими на адгезию к нему клеток и интеграцию с окружающими тканями. Био-Осс имеет большую площадь внутренней поверхности, благодаря сохраненной системе пространств между кристаллами и микротоннелей. Это способствует глубокому проникновению в Био-Осс питательных веществ и белков, которые модулируют реакцию организма.

Это, возможно, объясняет высокий остеокондуктивный потенциал Био-Осс, который широко описан в стоматологической литературе. Естественная микроструктура материала Био-Осс, способствующая пропитыванию протеинами пациента, представляет собой оптимальный каркас для прорастания кровяных сосудов и миграции остеобластов из окружающих дефект костных стенок. Возможность достижения интеграции Био-Осс с костью была доказана в целом ряде гистологических исследований. Адгезия клеток и формирование новой кости вокруг Био-Осс были продемонстрированы на примере трехмерных культур клеток. При исследовании in vitro остеобластоподобные клетки через 2 недели формировали зрелые коллагеновые волокна на поверхности Био-Осс. Через 6 недель клетки сформировали обширную сеть внеклеточного матрикса состоящего из коллагеновых волокон, вплетающихся в Био-Осс.

Компоненты сыворотки пациента и новый сформировавшийся матрикс, вероятно, образуют напоминающие тени структуры в толще Био-Осс, видимые при гистологических исследованиях деминерализованных биоптатов. Подобная обработка приводит к утрате минеральной матрицы материала Био-Осс, что облегчает визуализацию имеющихся органических веществ. Обнаружение органики вызывает вопросы, связанные с наличием в материале остаточных протеинов. Как уже отмечалось выше, высокочувствительные химические тесты не показывают наличия протеинов в чистом Био-Осс, а значит, обнаруженные на гистологических срезах органические элементы попали в толщу материала из крови пациента или сформировались внутри материала после его имплантации. Это объясняет быструю интеграцию Био-Осс с тканями.

Благодаря особенностям своей структуры и химическому составу Био-Осс включается в естественный процесс ремоделирования кости, в то время как синтетические препараты распадаются в результате химических реакций. В ряде исследований были показаны высокая активность остеокластов на поверхности Био-Осс и постепенное уменьшение объема этого материала в области дефекта.

Поскольку резорбция Био-Осс происходит крайне медленно, он служит стабильным каркасом для формирующейся кости и препятствует преждевременной резорбции трансплантата. Исследования показали, что объем костного материала был более стабильным при использовании Био-Осс (в смеси с аутогенной костной стружкой) по сравнению с участками, где использовали только аутогенный трансплантат. Стабильность объема сохраняется в течение длительного периода, что может увеличить продолжительность лечения. Это обстоятельство необходимо учитывать при работе в косметически значимой зоне.

Плотность минералов в области наращивания кости

Гистоморфометрический анализ показывает, что Био-Осс увеличивает объем минеральной составляющей регенерировавшей кости по сравнению с нативной костью, за счет уменьшения объема мозгового вещества кости. Данное наблюдение, возможно, объясняет улучшение первичной стабильности имплантатов, установленных в участки регенерировавшей кости, в которых использовали смесь гранул Био-Осс и аутогенную костную стружку. В одном из исследований на овцах изучали прочность фиксации имплантатов в области пазухи после проведения синус-лифтинга. Оказалось, что через 12 недель после установки в области применения Био-Осс имплантаты были на 45% более прочно фиксированы, чем имплантаты, установленные в пазуху после применения аутогенной кости. В обеих группах прочность фиксации со временем возрастала и выравнивалась через 26 недель после имплантации.

Перспективы естественных носителей

Для повышения эффективности хирургического лечения всё чаще и чаще применяются методы тканевой инженерии. В настоящее время в клинической практике используются аутогенные трансплантаты и богатая тромбоцитами плазма (БоТП). Однако в перспективе могут стать доступными факторы роста и аутогенные клетки, выращенные ex vivo (вне организма). Несмотря на самые многообещающие возможности указанных материалов, для их применения необходим адекватный носитель.

Носители могут повлиять на успех регенерации в результате следующих факторов:

• Оптимизация адгезии клеток
• Поддержание статуса дифференциации клеток
• Влияние на морфологию регенерирующей кости
• Сохранение пространства

Химические, физические и биологические свойства носителей могут играть важную роль. Оптимальная поверхность носителя может влиять на адгезию клеток и поддерживать дифференциацию клеток в области дефекта. Медленно резорбируемые носители обеспечивают долгосрочную стабильность объема, что является одним из основных условий продолжающейся регенерации тканей. Возможность использования Био-Осс в качестве носителя для факторов роста была подтверждена в ходе различных исследований. Естественная структура Био-Осс создает наиболее благоприятные условия для формирования новой кости. В настоящее время обсуждается возможность использования БоТП в комбинации с костными заменителями для оптимизации регенерации кости. Несмотря на клиническое применение БоТП, продолжается дискуссия об эффективности различных методов получения этого материала и его клинических свойств.