[go: up one dir, main page]

RU2809154C1 - Tissue-bioengineering design for replenishing volume of bone tissue of jaw bones - Google Patents

Tissue-bioengineering design for replenishing volume of bone tissue of jaw bones Download PDF

Info

Publication number
RU2809154C1
RU2809154C1 RU2022130541A RU2022130541A RU2809154C1 RU 2809154 C1 RU2809154 C1 RU 2809154C1 RU 2022130541 A RU2022130541 A RU 2022130541A RU 2022130541 A RU2022130541 A RU 2022130541A RU 2809154 C1 RU2809154 C1 RU 2809154C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tissue
carrier
cerium dioxide
bone tissue
nanodispersed
Prior art date
Application number
RU2022130541A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Олегович Янушевич
Эрнест Арамович Базикян
Андрей Анатольевич Чунихин
Григорий Александрович Воложин
Кнарик Давидовна Абраамян
Владимир Константинович Иванов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России)
Application granted granted Critical
Publication of RU2809154C1 publication Critical patent/RU2809154C1/en

Links

Abstract

FIELD: medicine; dentistry.
SUBSTANCE: invention can be used in surgery to restore osteoplastic defects in the jaw bone tissue during dental implantation, as well as in reconstructive periodontal surgery. A tissue-engineered structure is proposed for replenishing the volume of bone tissue of the maxillofacial region, including donor multipotent mesenchymal stromal cells obtained from a biopsy of the patient’s gums and incubated on the surface of the carrier; according to the invention, the cell concentration is 2×107 per 1 cm3 of carrier, while the carrier matrix used is nanohydroxyapatite, with a pore size of 20–100 nm, synthesized from eggshell powder and nanodispersed cerium dioxide with a ratio of calcium ions and cerium dioxide cations in the crystal lattice of 4:1.
EFFECT: above-described tissue engineering design accelerates the process of osteoreparation, which facilitates postoperative rehabilitation of patients during subsequent interventions.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано в хирургии для восстановления костнопластических дефектов костной ткани челюстей при дентальной имплантации, а также в реконструктивной хирургии пародонта.The invention relates to medicine, namely dentistry, and can be used in surgery to restore osteoplastic defects in the jaw bone tissue during dental implantation, as well as in reconstructive periodontal surgery.

Дефекты костной ткани могут возникать после стоматологических оперативных вмешательств и их осложнений, а также в результате хронических деструктивных процессов. В ряде случаев заболевания или пороки развития приводят к стойкой потере костной ткани в связи с развитием различных в патофизиологическом отношении патологических процессов.Bone tissue defects can occur after dental surgical interventions and their complications, as well as as a result of chronic destructive processes. In some cases, diseases or developmental defects lead to persistent loss of bone tissue due to the development of pathological processes that are different in pathophysiology.

Значительная атрофия костной ткани затрудняет лечение с использованием съемных протезов, ухудшается эстетический эффект при протезировании несъемными ортопедическими конструкциями. Зачастую становится невозможной стоматологическая реабилитация пациентов с применением дентальных имплантатов в виду недостаточного объема костной ткани. Обеспечение достаточного объема альвеолярной части челюстей перед имплантацией является основной задачей реконструктивных вмешательств с целью нормализации функционального состояния жевательного аппарата. Хирургическое лечение дефицита и дефектов костной ткани направлено на восстановление утраченных тканей в их оригинальной гистоархитектонике и функции. В настоящее время в широкой клинической практике распространены имплантационные материалы для направленной костной регенерации.Significant atrophy of bone tissue complicates treatment using removable dentures, and the aesthetic effect worsens when using prosthetics with fixed orthopedic structures. Dental rehabilitation of patients using dental implants often becomes impossible due to insufficient bone tissue volume. Ensuring a sufficient volume of the alveolar part of the jaws before implantation is the main task of reconstructive interventions in order to normalize the functional state of the masticatory apparatus. Surgical treatment of bone tissue deficiency and defects is aimed at restoring lost tissue to its original histoarchitecture and function. Currently, implantation materials for directed bone regeneration are widespread in clinical practice.

Эффективность восстановления костной ткани в таком случае при хирургическом лечении главным образом зависит от свойств имплантационных материалов, которыми замещается дефект.The effectiveness of bone tissue restoration in this case during surgical treatment mainly depends on the properties of the implantation materials that replace the defect.

В реконструктивной хирургии чаще всего используют методику аутотрансплантации костной ткани.In reconstructive surgery, the technique of autotransplantation of bone tissue is most often used.

Однако этот метод имеет ряд ограничений, особенно при замещении дефектов костной ткани большого объема. Использование аутотрансплантатов, искусственных костнопластических материалов, факторов роста, тромбоцитарных концентратов не всегда дают хорошие результаты в клинической практике.However, this method has a number of limitations, especially when replacing large bone tissue defects. The use of autografts, artificial osteoplastic materials, growth factors, and platelet concentrates does not always give good results in clinical practice.

Зачастую полученный объем костной ткани недостаточен, требуется повторное хирургическое вмешательство, отмечается травматичность оперативного вмешательства. Таким образом, разработка эффективных средств и методов костной пластики, и создание оптимальных условий репаративного остеогенеза является актуальной проблемой хирургической стоматологии.Often the resulting volume of bone tissue is insufficient, repeated surgery is required, and surgical intervention is traumatic. Thus, the development of effective means and methods of bone grafting, and the creation of optimal conditions for reparative osteogenesis is an urgent problem in surgical dentistry.

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (далее ММСК) активно изучаются в течение последних десятилетий, являются оптимальной клеточной популяцией для создания тканеинженерных конструкций. Аутогенные клетки не вступают в конфликт с собственной иммунной системой, не вызывают аллергических реакций. Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, выделенные из биоптата десны, под воздействием индукционных факторов могут дифференцироваться в остеогенном, хондрогенном и адипогенном направлениях.Multipotent mesenchymal stromal cells (hereinafter referred to as MMSCs) have been actively studied over the past decades and are the optimal cell population for creating tissue engineering constructs. Autogenous cells do not conflict with their own immune system and do not cause allergic reactions. Multipotent mesenchymal stromal cells isolated from gingival biopsy can differentiate in osteogenic, chondrogenic and adipogenic directions under the influence of induction factors.

Несмотря на многообразие остеопластических материалов различного содержания и свойств, на сегодняшний день среди них нельзя выделить «идеального» для использования в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.Despite the variety of osteoplastic materials with different contents and properties, today it is impossible to single out an “ideal” one among them for use in dentistry and maxillofacial surgery.

Различия эффектов остеопластических материалов обусловлены разными свойствами минералов, а также коллагенов различных типов. Однако большинство материалов не обладают прогнозируемыми и достаточно выраженными остеопластическими свойствами, особенно у пациентов со слабым репаративным остеогенезом, в силу наследственных или приобретенных качеств и в результате воздействия болезнетворных факторов.The differences in the effects of osteoplastic materials are due to different properties of minerals, as well as different types of collagens. However, most materials do not have predictable and sufficiently pronounced osteoplastic properties, especially in patients with weak reparative osteogenesis, due to hereditary or acquired qualities and as a result of exposure to pathogenic factors.

По результатам проведенного информационного поиска были отобраны для последующего анализа следующие патенты.Based on the results of the information search, the following patents were selected for further analysis.

Известны материалы для имплантации в ткани на основе резорбируемых и нерезорбируемых остеоиндуктивных веществ, которые могут быть минерального или биологического происхождения. Так, известна имплантация в поднадкостничную область материалов на основе коллагена, содержащего костный порошок гидроксиаппатитов, трикальций-фосфатов с применением лекарственных средств гликозамингликанов (РФ №2159101).Known materials for implantation into tissues are based on resorbable and non-resorbable osteoinductive substances, which can be of mineral or biological origin. Thus, implantation into the subperiosteal region of materials based on collagen containing bone powder of hydroxyapatites, tricalcium phosphates with the use of glycosaminoglycan drugs is known (RF No. 2159101).

Известен биосовместимый костнозамещающий материал, имеющий сквозные поры 0,7-100 мкм и общую пористость 50-85%, на основе реакционно-твердеющей смеси порошков биологического гидроксиапатита с размерами частиц не более 40 мкм и фосфата магния с размером частиц не более 40 мкм, содержащей 2-амино-5-гуанидиновалериановую кислоту, и затворяющей жидкости, содержащей раствор хитозана в янтарной кислоте и водный раствор альгината натрия, и отверждаемый непосредственно перед применением с помощью отвердителя хлорида кальция. (РФ №2494721).A known biocompatible bone replacement material has through pores of 0.7-100 microns and a total porosity of 50-85%, based on a reaction-hardening mixture of biological hydroxyapatite powders with a particle size of no more than 40 microns and magnesium phosphate with a particle size of no more than 40 microns, containing 2-amino-5-guanidinovaleric acid, and a hardening liquid containing a solution of chitosan in succinic acid and an aqueous solution of sodium alginate, and cured immediately before use using a calcium chloride hardener. (RF No. 2494721).

Известен биотрансплантат, выбранный для лечения дегенеративных и травматических заболеваний костной ткани челюстно-лицевой области, характеризующийся тем, что содержит аутологичные или донорские мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) из костного мозга или жировой ткани взрослых доноров, которые распределены в фибриновом сгустке в концентрации 5-7 млн клеток в 1 мл, представляющем собой полимеризованную обогащенную тромбоцитами плазму крови пациента, и матрицу-носитель (в виде крошки, стружки), имеющую в основе своей структуры коллаген-минеральный комплекс, идентичный по составу натуральному костному материалу (РФ №2380105).A known biotransplant is selected for the treatment of degenerative and traumatic diseases of the bone tissue of the maxillofacial region, characterized by the fact that it contains autologous or donor multipotent mesenchymal stromal cells (MMSC) from the bone marrow or adipose tissue of adult donors, which are distributed in a fibrin clot in a concentration of 5- 7 million cells in 1 ml, which is polymerized platelet-enriched blood plasma of the patient, and a carrier matrix (in the form of crumbs, shavings), which has a collagen-mineral complex based on its structure, identical in composition to natural bone material (RF No. 2380105).

Недостатком этого биотрансплантата является недостаточная эффективность восстановления костной ткани, а также существует риск инфицирования прионами и возникновения иммунного ответа у пациента из-за использования эмбриональной телячьей сыворотки в составе культуральной среды.The disadvantage of this biotransplant is the insufficient efficiency of bone tissue restoration, and there is also a risk of infection with prions and the occurrence of an immune response in the patient due to the use of fetal calf serum in the culture medium.

Известна тканеинженерная конструкция для восполнения объема костной ткани челюстно-лицевой области, выбранная в качестве прототипа, включающая донорские мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки на носителе, в качестве которого используют гранулы октакальций фосфата размером 150-200 мкм с размером пор 1-5 мкм, на поверхности которых инкубированы мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, полученные из биоптата десны пациента и культивированные на среде водного золя нанокристаллического диоксида церия, стабилизированного ионами цитрата в концентрации (10-4)-(10-9)М, при этом концентрация мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток составляет 2×107 клеток на 1 г носителя (РФ №2729365).A known tissue-engineering design for replenishing the volume of bone tissue of the maxillofacial region, selected as a prototype, includes donor multipotent mesenchymal stromal cells on a carrier, which uses octacalcium phosphate granules measuring 150-200 μm with a pore size of 1-5 μm, on the surface of which incubated multipotent mesenchymal stromal cells obtained from a biopsy of the patient's gums and cultured in an aqueous sol medium of nanocrystalline cerium dioxide stabilized with citrate ions in a concentration of (10-4)-(10-9) M, while the concentration of multipotent mesenchymal stromal cells is 2×10 7 cells per 1 g of carrier (RF No. 2729365).

Техническим результатом является повышение эффективности лечения пациентов хирургического профиля путем совершенствования костнопластических операций за счет применения новых тканеинженерных конструкций.The technical result is to increase the efficiency of treatment of surgical patients by improving osteoplastic operations through the use of new tissue-engineering structures.

Технический результат достигается при использовании предлагаемой тканеинженерной конструкции для восполнения объема костной ткани челюстно-лицевой области, включающей донорские мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, полученные из биоптата десны пациента и инкубированные на поверхности носителя в концентрации 2×107 клеток на 1 см3 носителя. При этом, в качестве носителя которого используют матрицы-носители наногидроксиаппатита, с размером пор 20-100 нм, синтезированные из порошка яичной скорлупы и нанодисперсного диоксида церия, с соотношением в кристаллической решетке ионов кальция и катионов диоксида церия 4:1.The technical result is achieved by using the proposed tissue engineering design to replenish the volume of bone tissue of the maxillofacial region, including donor multipotent mesenchymal stromal cells obtained from a biopsy of the patient's gums and incubated on the surface of the carrier in a concentration of 2×10 7 cells per 1 cm 3 of carrier. In this case, nanohydroxyapatite carrier matrices with a pore size of 20-100 nm, synthesized from eggshell powder and nanodispersed cerium dioxide, with a ratio of calcium ions and cerium dioxide cations of 4:1 in the crystal lattice, are used as a carrier.

Получение конструкции.Receiving the design.

1 этап - получение матриц носителей - нанодисперсного гидроксиаппатита, насыщенного нанодисперсным диоксидом церияStage 1 - obtaining carrier matrices - nanodispersed hydroxyapatite, saturated with nanodispersed cerium dioxide

Хорошо очищенную яичную скорлупу промывали, затем обжигали в вакуумной печи при температуре 900°С. После обжига образовывался порошок - оксид кальция, который перемалывали дополнительно в шаровой мельнице до получения частиц с размером 2-5 нм. Полученный порошок смешивали с нанодисперсным диоксидом церия, заранее подготовлыннй с размером частиц 2-5 нм, в объемном соотношении 1:0,2 в шаровой мельнице в течение 1 ч. Затем полученную смесь подогревали до 100°С и смешивали с дистиллированной водой и оставляли до полного остывания.Well-cleaned eggshells were washed and then fired in a vacuum oven at a temperature of 900°C. After firing, a powder was formed - calcium oxide, which was additionally ground in a ball mill to obtain particles with a size of 2-5 nm. The resulting powder was mixed with nanodispersed cerium dioxide, pre-prepared with a particle size of 2-5 nm, in a volume ratio of 1:0.2 in a ball mill for 1 hour. Then the resulting mixture was heated to 100°C and mixed with distilled water and left until completely cooled down.

Полученный гидроксид кальция с нанодисперсным диоксидом церия при комнатной температуре титровали раствором ортофосфорной кислоты H3PO4 (1,2 М)The resulting calcium hydroxide with nanodispersed cerium dioxide at room temperature was titrated with a solution of orthophosphoric acid H 3 PO 4 (1.2 M)

В процессе получения гидроксиаппатита, насыщенного нанодисперсным диоксидом церия, контролировали рН реакции для поддержания в диапазоне от 7,5 до 8,5 с целью соблюдения оптимальных условий синтеза для того, чтобы конструкция не распалась. Затем полученный порошок высушивали в вакуумной сушилке при температуре 400°С в течение 1 ч. Сам процесс синтеза нанодисперсного гидроксиаппатита, насыщенного нанодисперсным диоксидом церия, не требует специальных условий и дополнительных ингибиторов.In the process of obtaining hydroxyapatite saturated with nanodispersed cerium dioxide, the pH of the reaction was controlled to maintain it in the range from 7.5 to 8.5 in order to maintain optimal synthesis conditions so that the structure does not disintegrate. Then the resulting powder was dried in a vacuum dryer at a temperature of 400°C for 1 hour. The process of synthesis of nanodispersed hydroxyapatite saturated with nanodispersed cerium dioxide does not require special conditions or additional inhibitors.

Полученный порошок в объеме 50 мг смешивали с дистиллированной водой в концентрации 1:0,4 (20 мл) с помощью центрифугирования на малых оборотах при 300 об/мин в течение 5 мин. Полученную суспензию в платиновой чашке размером 10×10×10 мм помещали в вакуумную печь с постепенным нагреванием до 1200°С, на 50°С повышая температуру каждый час в течение 14 часов и еще 2 часа на максимальной температуре, затем постепенно охлаждали в печи. Весь процесс занимал 24 часа. Добивались плотного спекания материала с размером пор 20-100 нм и соотношения в кристаллической решетке ионов кальция и катионов диоксида церия в соотношении 4:1.The resulting powder in a volume of 50 mg was mixed with distilled water at a concentration of 1:0.4 (20 ml) using centrifugation at low speeds at 300 rpm for 5 minutes. The resulting suspension in a platinum cup measuring 10×10×10 mm was placed in a vacuum oven with gradual heating to 1200°C, increasing the temperature by 50°C every hour for 14 hours and another 2 hours at maximum temperature, then gradually cooled in the oven. The whole process took 24 hours. We achieved dense sintering of the material with a pore size of 20-100 nm and a ratio of calcium ions and cerium dioxide cations in the crystal lattice in a ratio of 4:1.

В качестве носителя используют полученные матрицы размером 10×10×10 мм синтезированного наногидроксиаппатита с размером пор 20-100 нм с соотношением в кристаллической решетке ионов кальция и катионов диоксида церия в соотношении 4:1.The resulting matrices 10×10×10 mm in size of synthesized nanohydroxyapatite with a pore size of 20-100 nm with a ratio of calcium ions and cerium dioxide cations in the crystal lattice in a ratio of 4:1 are used as a carrier.

II этап - получение ММСКStage II - obtaining MMSCs

Возможность использования в составе тканеинженерной конструкции выделенных аутогенных мультипатентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК), заранее выделенных из биоптата десны и культивированных по следующей методике. Иссечение биоптата прикрепленной слизистой полости рта под местным обезболиванием (Sol.Ultracaini 1,7 ml DC Forte). Иссеченный фрагмент слизистой 2*2 мм был помещен в транспортировочную среду и направлен в лабораторию для клеточного процессинга. Культивирование аутологичных ММСК слизистой оболочки полости рта осуществляли следующим образом.Possibility of using isolated autogenous multipatent mesenchymal stromal cells (MMSCs), previously isolated from gum biopsy and cultured using the following method, as part of a tissue engineering construct. Excision of a biopsy sample of the attached oral mucosa under local anesthesia (Sol.Ultracaini 1.7 ml DC Forte). An excised mucosal fragment of 2*2 mm was placed in a transport medium and sent to the laboratory for cellular processing. Cultivation of autologous MMSCs from the oral mucosa was carried out as follows.

Биоптат десны помещали в стандартную ростовую среду для транспортировки с последующим культивированием из него клеточной популяции. Затем проводили инкубацию при +4°С не менее 8 часов. В качестве культуральной среды использовали водный золь нанокристаллического диоксида церия, стабилизированного ионами цитрата в концентрациях (10-4)-(10-9) М. Затем проведена экспансия клеток по методике культивирования ММСК в культуральной среде на основе водного золя нанокристаллического диоксида церия, стабилизированного ионами цитрата в концентрациях (10-4)-(10-9) М при 37°С и 5% СО2 в инкубаторе СО2 с принудительной конвекцией AWTech LCI(ABTex - Россия). При достижении монослоем 70-80% конфлуэнтности клетки двукратно отмывали стерильным раствором фосфатно-солевого буфера, сняли с поверхности флаконов 0,05% раствором трипсина-ЭДТА (инкубация в течение 2-3 минут), активность трипсина блокировали добавлением 3-5 мл отмывочной среды. Открепившиеся ММСК были собраны в стерильные пробирки, центрифугированы и пересеяны с плотностью около 104 клеток на см2. Далее ММСК культивировали до достижения необходимого количества, но не более 4 пассажей. Добивались концентрации клеток 2×107 на 1 мл среды. Полученные растворы ММСК в культуральной среде в виде золя собирали в пробирки объемом 2 мл.The gum biopsy was placed in a standard growth medium for transportation, followed by culturing the cell population from it. Then incubation was carried out at +4°C for at least 8 hours. An aqueous sol of nanocrystalline cerium dioxide stabilized by citrate ions in concentrations of (10-4)-(10-9) M was used as a culture medium. Cell expansion was then carried out using the method of culturing MMSCs in a culture medium based on an aqueous sol of nanocrystalline cerium dioxide stabilized by ions citrate in concentrations (10-4)-(10-9) M at 37°C and 5% CO 2 in a CO 2 incubator with forced convection AWTech LCI (ABTex - Russia). When the monolayer reached 70-80% confluence, the cells were washed twice with a sterile solution of phosphate-buffered saline, removed from the surface of the bottles with a 0.05% trypsin-EDTA solution (incubation for 2-3 minutes), trypsin activity was blocked by adding 3-5 ml of washing medium . The detached MMSCs were collected in sterile tubes, centrifuged and subcultured at a density of about 10 4 cells per cm 2 . Next, MMSCs were cultured until the required number was reached, but not more than 4 passages. A cell concentration of 2×10 7 per 1 ml of medium was achieved. The resulting solutions of MMSCs in the culture medium in the form of a sol were collected in 2 ml tubes.

III этап - Заселение клеток на носитель - новую композицию на основе нанодисперсного гидроксиаппатита и нанодисперсного диоксида церия.Stage III - Population of cells on the carrier - a new composition based on nanodispersed hydroxyapatite and nanodispersed cerium dioxide.

Носители кубической формы размером около 10×10×10 мм стерилизовали с использованием -облучения в медицинском стерилизаторе ЭЛС-900 в дозе 15кГр и промывали физиологическим раствором. Клеточную суспензию ММСК с концентрацией 2×107 клеток на 1 мл среды, наносили по 1 мл на 1 см3 образца носителя и инкубировали в течение 1 часа для инициации прикрепления клеток к носителям, затем добавляли культуральную среду-водный золь нанокристаллического диоксида церия, стабилизированного ионами цитрата в концентрациях (10-4)-(10-9) М в объеме 100 мкл. Клетки на носителях инкубировали, меняя ростовую среду каждые 2 суток в течение 12 суток в инкубаторе СО2 с принудительной конвекцией AWTech LCI (АВТех - Россия) при 37°С и 5% CO2.Cube-shaped carriers measuring approximately 10×10×10 mm were sterilized using - irradiation in a medical sterilizer ELS-900 at a dose of 15 kGy and washed with saline solution. A cell suspension of MMSCs with a concentration of 2×10 7 cells per 1 ml of medium was applied at a rate of 1 ml per 1 cm 3 of carrier sample and incubated for 1 hour to initiate cell attachment to the carriers, then a culture medium-aqueous sol of nanocrystalline cerium dioxide stabilized was added citrate ions in concentrations (10-4)-(10-9) M in a volume of 100 µl. Cells on the carriers were incubated, changing the growth medium every 2 days for 12 days in a CO 2 incubator with forced convection AWTech LCI (AVTech - Russia) at 37°C and 5% CO 2 .

Заселение ММСК на биоконструкцию усиливало их дифференцировку в остеобласты за счет направленного потенцирования нанодисперсного диоксида церия, входящего в конструкцию. Кроме того, минимальный диаметр пор конструкции от 20 нм до 100 нм способствовал более прочному закреплению ММСК на поверхности биоконструкции.The colonization of MMSCs onto the bioconstruction enhanced their differentiation into osteoblasts due to the targeted potentiation of nanodispersed cerium dioxide included in the construct. In addition, the minimum pore diameter of the construct, from 20 nm to 100 nm, contributed to a more durable fixation of MMSCs on the surface of the bioconstruction.

Биологические испытания, подтверждающие пригодность средства для восстановления костно-пластических дефектов костной ткани челюстей.Biological tests confirming the suitability of the product for restoring osteoplastic defects in the jaw bone tissue.

Исследование предложенного материала проводили in vivo на кроликах породы «Советская шиншилла». Под общим наркозом путем введения Ксилазина (4-6 мг/кг) внутримышечно и Золетила-100 (5-10 мг/кг), для обеспечения анальгезии и релаксации в течение 30-40 мин, проводили разрез мягких тканей вдоль нижнего края тела нижней челюсти длиной до 2 см, затем проводили препарирование отверстия в костной ткани челюсти диаметром 4-5 мм и глубиной около 4 мм с использованием бора соответствующего диаметра и охлаждения физиологическим раствором. В соответствии с дизайном исследования у животных проводили препарирование челюстных костей с двух сторон челюсти. Слева (сторона эксперимента) в сформированный костный дефект укладывали новую биокомпозицию, справа (сторона сравнения) дефект заполняли ксеногенным остеопластическим материалом (например, Osteobiol Gen-OS).The study of the proposed material was carried out in vivo on rabbits of the “Soviet chinchilla” breed. Under general anesthesia by administering Xylazine (4-6 mg/kg) intramuscularly and Zoletil-100 (5-10 mg/kg), to provide analgesia and relaxation for 30-40 minutes, a soft tissue incision was made along the lower edge of the body of the lower jaw up to 2 cm long, then a hole was prepared in the jaw bone tissue with a diameter of 4-5 mm and a depth of about 4 mm using a bur of the appropriate diameter and cooling with saline solution. In accordance with the study design, the animals underwent preparation of the jaw bones on both sides of the jaw. On the left (experimental side), a new biocomposition was placed into the formed bone defect; on the right (comparison side), the defect was filled with xenogeneic osteoplastic material (for example, Osteobiol Gen-OS).

Позитивные результаты иммуногистохимической реакции учитывали при наличии двух негативных контролей: на специфичность реакции и отсутствие активной эндогенной пероксидазы и одного внутреннего позитивного на специфичность реакции.Positive results of the immunohistochemical reaction were taken into account in the presence of two negative controls: for the specificity of the reaction and the absence of active endogenous peroxidase and one internal positive for the specificity of the reaction.

На 60 сутки после проведения оперативного вмешательства проводили иммуногистохимические исследования.On the 60th day after surgery, immunohistochemical studies were performed.

Матриксные металлопротеиназы (ММР) относятся к семейству цинковых металлопротеиназ, функция которых связана с обменом соединительнотканного матрикса в т.ч. в костной ткани, в норме и при патологии. Активность ММР регулируется как неспецифическими ингибиторами α2-макроглобулинами, так и специфическими ингибиторами - тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (TIMP).Matrix metalloproteinases (MMPs) belong to the family of zinc metalloproteinases, the function of which is associated with the metabolism of the connective tissue matrix, incl. in bone tissue, normally and in pathology. MMP activity is regulated by both nonspecific inhibitors α2-macroglobulins and specific inhibitors, tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs).

Доказана эффективность применения предлагаемой тканеинженерной конструкции, (фиг. 1а и 1б). Гистотопограмма поперечного сечения челюсти кролика на 60 сутки эксперимента (а) внесение в сформированный костный дефект ксеногенного остеопластического материала - слабая экспрессия ММР-9; (б) внесение в дефект новой биокомпозиции на основе нанодисперсного диоксида церия и ММСК - слабая экспрессия TIMP-1 (гематоксилин Майера, Zeiss, ×120). В таблице 1 представлена экспрессия ММР-9 и TIMP-1 (М±σ) в очагах внесения в сформированный костный дефект ксеногенного остеопластического материала (а) и новой биокомпозиции на основе нанодисперсного диоксида церия и ММСК (б) на 60 сутки эксперимента.The effectiveness of the proposed tissue engineering design has been proven (Fig. 1a and 1b). Histotopogram of a cross-section of a rabbit jaw on the 60th day of the experiment (a) introduction of xenogeneic osteoplastic material into the formed bone defect - weak expression of MMP-9; (b) introduction of a new biocomposition based on nanodispersed cerium dioxide and MMSC into the defect - weak expression of TIMP-1 (Mayer's hematoxylin, Zeiss, ×120). Table 1 shows the expression of MMP-9 and TIMP-1 (M±σ) in the foci of introducing xenogeneic osteoplastic material (a) and a new biocomposition based on nanodispersed cerium dioxide and MMSC (b) into the formed bone defect on the 60th day of the experiment.

Использование исследуемой тканеинженерной конструкции ускоряет процесс остеорепарации и способствует послеоперационной реабилитации пациентов при следующих вмешательствах: увеличения объема костной ткани по ширине и высоте; синус-лифтинг; консервация лунок после удаления; заполнение костных дефектов при цистэктомии.The use of the tissue-engineering structure under study accelerates the process of osteoreparation and promotes postoperative rehabilitation of patients with the following interventions: increasing the volume of bone tissue in width and height; sinus lift; preservation of holes after removal; filling of bone defects during cystectomy.

Заявляемая тканеинженерная конструкция рекомендована к клиническому применению при реконструктивных хирургических вмешательствах.The claimed tissue-engineered design is recommended for clinical use in reconstructive surgical interventions.

Использование мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток, полученных из биоптата десны пациента, представляется более удобным ввиду доступности тканевого источника и минимальной инвазивности забора биоптата.The use of multipotent mesenchymal stromal cells obtained from a patient's gum biopsy seems more convenient due to the availability of a tissue source and the minimal invasiveness of biopsy collection.

Применение предлагаемой тканеинженерной конструкции позволяет снизить послеоперационные осложнения, сократить сроки реабилитации пациента в послеоперационном периоде.The use of the proposed tissue-engineering design makes it possible to reduce postoperative complications and shorten the patient’s rehabilitation time in the postoperative period.

Преимущества заявленного изобретения заключаются в использовании нанодисперсного гидроксиапатита с нанодисперсным диоксидом церия с улучшенными морфологическими характеристиками и в значительном повышении его биологической активности.The advantages of the claimed invention lie in the use of nanodispersed hydroxyapatite with nanodispersed cerium dioxide with improved morphological characteristics and a significant increase in its biological activity.

Использование заявленной тканеинженерной конструкции для восполнения объема костной ткани челюстных костей, с использованием аутогенных мультипатентных мезенхимальных стромальных клеток, заранее выделенных из биоптата десны, культивированных в среде на основе водного золя нанокристаллического диоксида церия, стабилизированного ионами цитрата в концентрациях (10-4)-(10-9) М при 37°С и 5% СО2 для дифференцировки в остеогенном направлении и осажденных на носителе, имеющем пористую структуру с использованием гидроксиаппатита, полученного из яичной скорлупы (биогенного источника кальция). Метод был усовершенствован авторами для получения нанодисперсного гидроксиаппатита с нанодисперсным диоксидом в качестве носителя с заселением на него ММСК с концентрацией 2×107 клеток на 1 см3 носителя.The use of the claimed tissue engineering design to replenish the volume of bone tissue of the jaw bones, using autogenous multipatent mesenchymal stromal cells, previously isolated from gum biopsy, cultured in a medium based on an aqueous sol of nanocrystalline cerium dioxide, stabilized with citrate ions in concentrations (10-4)-(10 -9) M at 37°C and 5% CO 2 for differentiation in the osteogenic direction and deposited on a carrier having a porous structure using hydroxyapatite obtained from eggshells (a biogenic source of calcium). The method was improved by the authors to obtain nanodispersed hydroxyapatite with nanodispersed dioxide as a carrier and populated with MMSCs with a concentration of 2×10 7 cells per 1 cm 3 of carrier.

Использование исследуемой биоконструкции способствует ускорению регенерации за счет стимуляции остеобластогенеза, неоваскуляризации, что свидетельствует о стимуляции полноценных процессов регенерации костной ткани, морфологически идентичной нативной кости челюстей.The use of the studied bioconstruction helps to accelerate regeneration by stimulating osteoblastogenesis and neovascularization, which indicates the stimulation of full-fledged processes of regeneration of bone tissue, morphologically identical to the native jaw bone.

Claims (1)

Тканеинженерная конструкция для восполнения объема костной ткани челюстно-лицевой области, включающая донорские мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, полученные из биоптата десны пациента, и инкубированные на поверхности носителя, отличающаяся тем, что концентрация клеток составляет 2×107 на 1 см3 носителя, при этом в качестве носителя используют матрицы-носители наногидроксиаппатита, с размером пор 20-100 нм, синтезированного из порошка яичной скорлупы и нанодисперсного диоксида церия с соотношением в кристаллической решетке ионов кальция и катионов диоксида церия 4:1.A tissue-engineered structure for replenishing the volume of bone tissue of the maxillofacial region, including donor multipotent mesenchymal stromal cells obtained from a biopsy of the patient’s gums and incubated on the surface of the carrier, characterized in that the concentration of cells is 2 × 10 7 per 1 cm 3 of the carrier, while As a carrier, nanohydroxyapatite carrier matrices are used, with a pore size of 20-100 nm, synthesized from eggshell powder and nanodispersed cerium dioxide with a ratio of calcium ions and cerium dioxide cations in the crystal lattice of 4:1.
RU2022130541A 2022-11-24 Tissue-bioengineering design for replenishing volume of bone tissue of jaw bones RU2809154C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2809154C1 true RU2809154C1 (en) 2023-12-07

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2380105C1 (en) * 2008-07-29 2010-01-27 ЗАО "РеМеТэкс" Biotransplant, method for making thereof and method of treating degenerative and traumatic diseases of maxillofacial bone tissue
RU2665175C2 (en) * 2016-06-10 2018-08-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Bioactive polymer porous stents
RU2729365C1 (en) * 2019-07-11 2020-08-06 Эрнест Арамович Базикян Tissue-engineering structure for filling bone tissue of maxillofacial area

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2380105C1 (en) * 2008-07-29 2010-01-27 ЗАО "РеМеТэкс" Biotransplant, method for making thereof and method of treating degenerative and traumatic diseases of maxillofacial bone tissue
RU2665175C2 (en) * 2016-06-10 2018-08-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Bioactive polymer porous stents
RU2729365C1 (en) * 2019-07-11 2020-08-06 Эрнест Арамович Базикян Tissue-engineering structure for filling bone tissue of maxillofacial area

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
НИКИТИНА Ю.О. и др. Порошки гидроксиапатитов, содержащие ионы меди и церия //Труды Кольского научного центра РАН, 2020, стр.129-133. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qi et al. Combining mesenchymal stem cell sheets with platelet-rich plasma gel/calcium phosphate particles: a novel strategy to promote bone regeneration
Khojasteh et al. Lateral ramus cortical bone plate in alveolar cleft osteoplasty with concomitant use of buccal fat pad derived cells and autogenous bone: phase I clinical trial
JP5408578B2 (en) Composition for autologous or allogeneic transplantation using dental pulp stem cells and use thereof
Maiorana et al. Maxillary Sinus Augmentation with Anorganic Bovine Bone (Bio-Oss) and Autologous Platelet-Rich Plasma: Preliminary Clinical and Histologie Evaluations.
WO2002040071A1 (en) Compositions for forming bone or periodontium and injections for forming bone or periodontium
Cheng et al. A novel animal model treated with tooth extraction to repair the full-thickness defects in the mandible of rabbits
Kovács et al. Comparative study of β-tricalcium phosphate mixed with platelet-rich plasma versus β-tricalcium phosphate, a bone substitute material in dentistry
EP4023267B1 (en) Foraminifera-derived bone graft material
RU2380105C1 (en) Biotransplant, method for making thereof and method of treating degenerative and traumatic diseases of maxillofacial bone tissue
JP2008507321A (en) Bioresorbable bone implant
CA2955022C (en) Dental ring
Khojasteh et al. Mesenchymal stem cell therapy for treatment of craniofacial bone defects: 10 years of experience
RU2511455C2 (en) Method for bone defect filling
RU2809154C1 (en) Tissue-bioengineering design for replenishing volume of bone tissue of jaw bones
Mesgarzadeh et al. Evaluation of bone regeneration in mandible large defect using undifferentiated adipose stem cells loaded on gelatin carrier: An animal model case study
Chen et al. Anchoring dental implant in tissue-engineered bone using composite scaffold: a preliminary study in nude mouse model
RU2645963C2 (en) Method of increasing the volume of bone tissue of the crest of alveolar process of the jaw
Park et al. Combinatorial effect of stem cells derived from mandible and recombinant human bone morphogenetic protein-2
Ayoub et al. Tissue engineering, platelets concentrates and its role in dental implant treatment
JP2006122518A (en) Composition for forming bone or periodontium
Xie et al. The effect of platelet-rich plasma with mineralized collagen-based scaffold on mandible defect repair in rabbits
RU2729365C1 (en) Tissue-engineering structure for filling bone tissue of maxillofacial area
RU2793324C1 (en) Nanodispersed plastic bioengineering composition based on cerium dioxide for replenishing the volume of bone tissue
Mezal et al. Evaluation of Platelet Rich Fibrin Effect in the Bone Density after Teeth Extraction by Cone Beam Computed Tomography.
Erdoğmuş et al. The effect of mesenchymal stem cells, demineralized bone graft and platelet-rich plasma on osteogenesis in rat tibia defects