CC BY
37
ПРОЛИФЕРАТИВНЫЕ ПОТЕНЦИИ
МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК КОСТНОГО МОЗГА НА ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНА
Фаркашди Ш., Лахонина К.А., Кяримова Р.Р.
Кафедра пропедевтики стоматологических заболеваний Российский университет дружбы народов Кафедра патологической физиологии МГМСУ
Научные руководители: д.м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ,
Лауреат Государственной премии РФ Воложин А.И.; к.м.н. Булгаков В.С.
В медицинской практике часто требуются реконструктивные операции на костных структурах с применением имплантатов. Наибольший интерес представляют биоактивные пористые деградируемые материалы, сохраняющие достаточную механическую прочность в процессе их замещения костной тканью. В реальности же восстановление естественной структуры кости часто не успевает за деградацией искусственного матрикса. Поэтому, в настоящее время значительное распространение получили недеградируемые материалы. Взаимодействие костных структур с материалом имплантата определяется его химическими свойствами, характеристиками микрорельефа и смачиваемостью поверхности. Для увеличения остеоинтегративных свойств этих материалов исследователи предлагают многочисленные варианты реконструкции их поверхности. При этом задачами обработки являются получение поверхностного слоя костеподобного апатита, уменьшение выделения ионов вещества в ткани, отсутствие цитотоксичности, увеличение адгезии клеток, высокая активность связывания протеинов. Использование мезенхимальных стволовых клеток (МСК) взрослых в тканевой инженерии позволяет придавать остеоиндуктивные свойства материалам, таковыми в обычных условиях не обладающими. Необходимым условием, обеспечивающим их функционирование, является высокая плотность культуры на носителях. В травматологии и челюстно-лицевой хирургии сейчас наиболее широкое распространение получили имплантаты на основе сплавов благородных или просто биоинертных металлов: титана и его сплавов, золота, платины. Титан существенно отличаются от других металлов тем, что на его поверхности спонтанно образуется оксидный слой, на основе которого в свою очередь формируются фосфаты кальция. Таким образом, титан можно рассматривать как биоактивный материал. Скрининг материалов, как правило, проводят на клеточных культурах остеобласт-подобных клеток и МСК. При этом обычно прослеживают пропорциональность активности первичной адгезии и распластывания клеток на поверхности материала (до 24 часов) дальнейшей экспрессии маркеров остеогенеза. Считается, что при прочих равных условиях увеличение шероховатости поверхности усиливает адгезию, пролиферацию и фенотипическую экспрессию остеобластов.
Задачи. Определение цитотоксичности имплантационных материалов на основе титана, а также влияния на прикрепление и пролиферацию МСК человека. Тестировали 3 материала: чистый титан марки Grade 4 ASTM F-67-00 (аналог ВТ1-0 ГОСТ 19807-91) с фрезерной обработкой поверхности с шероховатостью Ra 0,63 (1 образец); титан с пескоструйной обработкой поверхности Al2O3 с размером зерна 355-300 мкм (2 образец); титан с плазменным напылением титанового порошка ВТ 1-0 с размером зерна 10-20 мкм (3 образец).
Методы исследования. В работе применяли клеточные культуры фибробластов кожи и МСК человека. С помощью МТТ-теста, а также прижизненной окраски клеток флуоресцеиндиацетатом и бромистым этидием in vitro оценивали цитотоксичность образцов материалов, а также их влияние на прикрепление и пролиферацию клеток. Во всех случаях контролем служили лунки с клетками без образцов. Окраску акридиновым оранжевым и метод СЭМ использовали для определения морфологии клеток.
Клетки культивировали на среде ДМЕМ с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки при 37 °С в условиях насыщающей влажности в атмосфере с 5% СО2. При определении цитотоксичности клетки высевали с плотностью 50 тысяч на лунку, через 24 часа в лунки вносили образцы и инкубировали 72 часа. В экспериментах по определению эффективности прикрепления МСК их высевали по 60 тысяч на образец и культивировали в течение 3 дней. При оценке эффективности пролиферации МСК высевали по 20 тысяч на образец и культивировали в течение 14 дней. В последнем случае оптическую плотность элюата определяли отдельно как для самого образца, так и для лунки, в которой он находился. Оптическую плотность элюата измеряли на плашечном фотометре ЭФОС 9305 при длине волны 570 нм. Для сопоставления экспериментальных значений оптической плотности с количеством клеток на образцах была построена калибровочная кривая. С этой целью клетки в известном количестве высевали в лунки 24-луночного планшета, а на следующий день проводили МТТ-тест.
Для изучения организации клеточного слоя методом СЭМ образцы материалов с клетками фиксировали в 2,5% растворе глутарового альдегида и в 2% растворе OsO4, обезвоживали и высушивали в критической точке на аппарате Hitachi HCP-2. Полученные препараты напыляли медью в атмосфере аргона на приборе Balzers SCD 040 и исследовали в сканирующем электронном микроскопе Philips SEM-515.
Результаты. Поверхность образцов. Рельеф поверхности образцов зависит от способа их обработки. После фрезерования поверхность образца 1 образована параллельными канавками. Неровный, изломанный рельеф образца 2 является следствием пескоструйной обработки. Более сглаженная поверхность с мелкими гранулами в образце 3 отражает напыление титановым порошком.
Цитотоксичность и эффективность прикрепления. При исследовании цитотоксичности для фибробластов кожи и мезенхимальных стволовых клеток человека были получены сходные результаты. Цитотоксические свойства у изученных материалов не обнаружены.
Материалы IX международного конгресса «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва
Эффективность пролиферации МСК. На образце 1 произошло троекратное увеличение количества клеток, но эффективность пролиферации оказалась все же ниже, чем на образцах 2-3. При этом суммарное количество клеток на образцах и в лунках превышает таковое в контроле, что может быть связано как с увеличением поверхности, пригодной для роста клеток, так и со стимулирующим действием этих образцов на МСК.
Заключение. Титан обладает хорошими адгезивными свойствами для МСК. Пролиферация клеток наиболее активно происходит на образцах из титана с плазменным напылением. Далее в порядке убывания следуют титан с пескоструйной обработкой и с фрезерной обработкой поверхности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2007. Т. 9. № 4.
2. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2006. Т. 8. № 4.
3. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2005. Т. 7. № 4.
4. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2004. Т. 6. № 4.
5. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2003. Т. 5. № 4.
6. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2002. Т. 4. № 4.
7. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2001. Т. 3. № 4.
8. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2000. Т. 2. № 4.
9. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2007. Т. 9. № 12. URL: http ://e-pubmed. org/isu. html.
10. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2006. Т. 8. № 12. URL: http ://e-pubmed. org/isu. html.
11. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2005. Т. 7. № 12. URL: http ://e-pubmed. org/isu. html.
12. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2004. Т. 6. № 12. URL: http ://e-pubmed. org/isu. html.
13. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2003. Т. 5. № 12. URL: http ://e-pubmed. org/isu. html.
14. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2002. Т. 4. № 12. URL: http ://e-pubmed. org/isu. html.
15. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2001. Т. 3. № 1. URL: http ://e-pubmed. org/isu. html.
16. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2000. Т. 2. № 1. URL: http ://e-pubmed. org/isu. html.
МатериалыIIX международного конгресса «Здоровье и образование в XXI веке» РУДН, Москва
