Источники стволовых клеток для регенерации кости
В настоящее время исследования в области регенерации костной ткани ведутся с использованием эмбриональных стволовых, индуцированных плюрипотентных и соматических стволовых клеток. Эмбриональные стволовые и индуцированные плюрипотентные клетки из-за проблем, связанных с онкогенностью, возможной нестабильностью генома, безопасностью и этикой, в клинической практике не применяются [11–13]. Соматические стволовые клетки, и особенно мезенхимальные стволовые (прогениторные) клетки (МСК), выделенные из таких тканей, как костный мозг (КМ), жировая ткань, кожа, пупочный канатик и плацента, уже применяют для лечения больных в рамках клинических испытаний. Также существуют работы, посвященные применению определенных клеток, выделенных из пульпы зуба, периодонтальной связки, зубного фолликула и ткани десны [14–17]. Их принадлежность к МСК была подтверждена способностью к самообновлению и дифференцировке в разные типы клеток соединительной ткани. В челюстно-лицевой хирургии для восстановления костной ткани чаще других типов клеток используют МСК КМ [18–21]. Регенеративный потенциал МСК КМ был продемонстрирован как в экспериментальных исследованиях [22–24], так и в клинических испытаниях [25, 26]. Важной особенностью МСК является иммуносупрессивное воздействие на T и B клетки и натуральные клетки-киллеры, которые могут быть полезными при лечении патологий мезенхимальной ткани, а также для подавления возможной воспалительной реакции на компоненты тканеинженерного продукта. Y. Yamada и соавт. [27] использовали аутологичные МСК КМ в своих клинических и экспериментальных исследованиях, где показали высокую эффективность восстановления костных дефектов. В эксперименте на собаках [28] (выбор обоснован большой челюстью животного) эта группа исследователей создавала дефекты костной ткани на поверхности альвеолярного отростка нижней челюсти глубиной 10 мм, куда были имплантированы костно-заместительные материалы в следующих сериях экспериментов: с использованием плазмы, обогащенной тромбоцитами (PRP); МСК КМ совместно с PRP; МСК молочного зуба совместно с PRP; МСК дентального сосочка совместно с PRP; контрольная серия без использования костно-заместительного материала. Степень костной регенерации и резорбцию имплантата контролировали гистологически на 2, 4 и 8-й нед. Контрольный дефект и дефект с PRP имплантатом имели низкую скорость остеогенеза, в то время как дефекты, заполненные МСК КМ совместно с PRP, МСК молочного зуба/PRP, МСК дентального сосочка/PRP, показали хорошую степень костной регенерации. При этом авторы предположили, что скорость образования кости пропорциональна скорости рассасывания имплантатов. На 2, 4 и 8-й нед одинаково забирали и подготавливали образцы для гистологического исследования во всех сериях эксперимента. В области, заполненной PRP, и в контрольной области было найдено несколько остеонов; в целом же дефекты были заполнены фиброзной тканью на всех сроках эксперимента. В то же время в сериях, где дефекты заполнялись МСК из разных источников совместно с PRP, обнаруживали высокую степень костной регенерации с активными остеоцитами уже после 4-й нед эксперимента, а на 8-й нед наблюдения — зрелую губчатую костную ткань с многочисленными полостями КМ. При этом степень костной регенерации в дефекте, заполненном МСК молочного зуба/PRP, была незначительно ниже, нежели в дефектах, восстановленных с помощью МСК КМ совместно с PRP и МСК дентального сосочка/PRP. Способность костной регенерации всех имплантатов определяли путем измерения площади кортикальной и медуллярной костной ткани на фотографиях. В дефектах группы контроля и группы с применением PRP не отмечалось существенного возрастания регенерации кортикальной или медуллярной кости. Однако в дефектах, где применяли МСК КМ совместно с PRP, МСК молочного зуба совместно с PRP, выявлено значительное повышение уровня костной регенерации по сравнению с контролем, а также по сравнению с МСК дентального сосочка совместно с PRP согласно данным гистологического исследования.
Существенных различий между новообразованной костной тканью в дефектах, где применяли МСК КМ совместно с PRP, МСК молочного зуба совместно с PRP и МСК дентального сосочка совместно с PRP не было выявлено.
Биоматериалы и матриксы
Биоматериалы в тканевой инженерии с использованием стволовых клеток выполняют не только опорную роль, но и создают искусственную нишу, которая способствует таким характерным для стволовых клеток процессам, как самообновление, пролиферация, дифференцировка, идущим на фоне васкуляризации, интеграции, адгезии и функционирования новой ткани [11, 29]. Внедрение в матрикс специфических стимуляторов-остеoиндукторов — факторов роста и дифференцировки — позволяет интенсифицировать перечисленные выше процессы, что приводит к повышению репаративной эффективности конструкта. Основными требованиями к биоматериалам, используемым для тканевой инженерии, являются инертность (отсутствие выраженной воспалительной реакции); достаточная прочность и стабильность; прогнозируемая биодеградируемость. Инертные и полностью стабильные матриксы обеспечивают жесткость, но в то же время у них отсутствует способность к ремоделированию.