диссертации / 33

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)

на правах рукописи

Павлова

Любовь Арнольдовна

Патологическая анатомия репаративных процессов

при имплантации наноструктурированных объектов

(экспериментальное исследование)

14.03.02 – патологическая анатомия

диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук

г. Москва, 2014 г.

1

3. Глава 3. Репарация костной ткани у животных вследствие оперативного повреждения без применения наноструктурированных имплантатов и

5. Глава. 5. Экспериментальное исследование регенерации костной ткани при применении биокомпозитов, состоящих из коллагена гидроксиаппатита,

6. Глава. 6. Исследование в эксперименте репаративных процессов ткани

7. Глава 7. Экспериментальное исследование регенерации ткани кости при внедрении имплантантов из наноструктурированного титана Grey, при

8. Глава 8. Экспериментальное исследование регенерации костной ткани при применении имплантатов, состоящих из наноструктурированного титана

9.Глава. 9. Экспериментальное исследование регенерации костной ткани при применении композитов из наноструктурированного титана Grey с

10. Глава. 10. Изменения в головном мозге в период послеоперационной

2

3

Список сокращений и условных обозначений

ААА - аллогенная костная ткань,

АЛК - минерализованная лиофилизированная кость АДЛК - деминерализованная лиофилизированная кость БАВ – биологически активные вещества

BMP - «Bоnеmorphogeneticprotein» , костные морфогенетичекие белки ГА, ГАП - гидроксиапатит ГАГ - гликозаминогликанами,

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота ЕМЕА - Европейское агентство по оценке лекарственных продуктов

КМП, КМБ костные морфогенетические протеины, белки КТ – компьютерная томография

МДО - обработка титана путем микродугового оксидирования МРТ - магнитно-резонансную томографию мРНК – маричная рибонуклеиновая кислота ДКМ - деминерализованный костный матрикс,

HTR-полимер (hard tissue replacement) –

PLA - резорбируемаяполимолочная кислота,

ПТДЧ – посттравматические дефекты черепа ЧМТ - черепно-мозговая травма ПММА - полиметилметакрилат

4

ПГЭМА -полигидроксилэтилметакрилат,

ПСО - пескоструйная обработка титана рчКМБ - рекомбинантный костный морфогенентический белок-

ССК стволовая стромальная (мезенхимальная) клетка.

ССК - сеть стромальных клеток,

УНТ – углеродные нанотрубки ЭМП - эмалевые матричные протеины

PDGF - тромбоцитопроизводный фактор роста

VEGF - фактор роста эндотелия сосудов

FDA - Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США

TGF-Р - трансформирующий фактор роста

aFGF и bFGFкислый и основной факторы роста фибробластов

IGF - инсулиноподобный фактор роста типа I и II

EGF - эпидермальный фактор роста.

5

Введение

Актуальность темы Современные направления развития инноваций медицины

основываются как на применении новых методов исследования и лечения,

так и на поиске инновационных материалов, способных воссоздать поврежденные органы и ткани, что во многом будет определять будущий облик человечества. Один из таких аспектов, широко изучаемый на современном этапе и претендующий на значительный прогресс в медицине,

это применение наночастиц, а также состоящих из них наноматериалов.

Перспективным методом на современном этапе считается применение наноструктурированных частиц, а также состоящих из них материалов,

порошков, паст, лекарственных препаратов (Дыкман Л.А., Богатырев В.А., и

соавт., 2008). Интересно воссоздание природной структуры ткани,

сохранение функции что, несомненно определяет качество жизни пациента, в

том числе и с применением наноструктурированных материалов (Берченко Г.Н. , 2007, Григорьян А.С. и соавт., 2003; Коваленко Л.В., 2006, Павлова Т.В. и соавт., 2012). Уже формируются такие новые направления как:

наномедицина (Гветадзе Р.Ш. и соавт., 2012; Freitas R.A, 2008; Boisseau P., Loubaton B., 2011), наноонкология (Давыдов М.И., А.Ю. Барышников, 2009;

Четверина Е.В., 2009), нанотерапия (Классен Н.В. и соавт., 2008),

наностоматология (Румянцева В.А., 2010). Применение наноструктурированных объектов расширяет возможности оперативного лечения больных в нейрохирургии, онкологии, травматологии,

отоларингологии, офтальмологии, челюстно-лицевой, косметологической и сосудистой хирургии (Нероев В.В., 2008; Добрецов К.Г.,2009; Булгаков В. Г.

и соавт., 2012, 2013; Никитюк И.Е. и соавт., 2012, 2013; Чиссов В.И. и соавт.,

2012; Long J.H. et al., 2008). Помимо этого, в стоматологии актуальна дентальная имплантация, в том числе, и с применением наноструктурированных материалов. Усилены федеральные стандарты

лечения в сосудистой хирургии, в частности хирургическое лечение

6

аневризм, инсультов, определяющее восстановление дефекта кости

(Казанчян П.О. и соавт., 2012).По-прежнему актуально восстановление ткани после онкологических операций (Чиссов В.И. и соавт., 2012).

При этом они способствуют воссозданию природной структуры ткани и сохранению функции, что, несомненно, улучшает качество жизни пациентов

(Коваленко Л. В., 2006; Берченко Г. Н., 2007). В стоматологии особую роль приобретает применение наноструктурированных препаратов и материалов,

в частности, при лечении кариеса и дентальной имплантации (Кречина Е.К., 2009; Месхи К.Т., Аганесов А.Г., 2012; Hetz G., 2004).

Однако имеются работы, в которых показано, что использование наноструктурированных материалов может отрицательно воздействовать на человеческое здоровье и природные экосистемы (Глушкова А.В., Радилов А.С., 2007, Павлова Т.В. и соавт., 2013).

Одной из наиболее повреждаемых структур является костная ткань.

Нарушение ее целостности может быть связано с травмами, в том числе и огнестрельными, специфическими и неспецифическими воспалительными процессами, разного похода оперативными вмешательствами, а также осложнениями в периоде реституции (Лаврищева Г.И. и соавт., 2000;

Штейнле А.В., 2008; Payne M. et al., 2000). И это может быть причиной инвалидности и стойкой потери трудоспособности (Пул Ч., Оуэнс Ф., 2006).

Травмы влекут последующее снижению регенераторных возможностей кости и синдрому «остеогенной недостаточности», необходимы усилия по улучшению репаративного остеогенеза или выполнения костной пластики.

Известен опыт применения отдельных имплантатов, когда они инкапсулировались, создавали возможность для хронического воспаления,

усиливали резорбцию кости, частично или полностью отторгались (Булгаков В.Г. и соавт., 2012, 2013). Важным принципом имплантологии является применение материалов, соответствующих целому ряду требований:

вводимые объекты должны обладать биосовместимостью, бактериальной и

вирусной безопасностью, сочетать остеоиндуктивность и

7

остеокондуктивность при отсутствии токсичности (Ненашев Д.В. и соавт., 2012; Машков В.М. и соавт., 2012). Существующие материалы, в той или иной степени отвечающие указанным требованиям, делятся на несколько групп: биоорганические (деминерализованный костный матрикс, коллаген,

фибриновый клей, фибринколлагеновая паста); керамические

(наноструктурированная керамика, коралл, парижский пластырь);

синтетические полимеры, сплавы металлов, в том числе и из наноструктурированных составляющих. В последние годы все большую актуальность приобретает композиционное применение этих материалов

(BilicR. et al., 2007; Chen F.M., et al., 2007).

Отдельным направлением в остеосинтезе стало изучение факторов роста и костных морфогенетических белков (КМБ), которые могут стимулировать синтез остеобластами и пополнять количество последних за счет воздействия на дифференцировку их предшественников. Остеогенные белки должны играть важную роль в системе лечения различной костной патологии у человека. Созданные с помощью генной инженерии рекомбинантные формы КМБ (ВМР – bone morphogenetic protein), оказались способными обеспечивать результаты, эквивалентные тем, которые получают при использовании костных аутотрансплантатов (Fukuroku J., et al., 2007; Kwong F.N., et al., 2008).

Необходимо дополнительное освещение в фундаментальных медико-

биологических дисциплинах морфологического профиля этих вопросов. В

ткани кости, обмен веществ активен, интенсивность его определяет тяжесть функциональной нагрузки, что и обуславливает морфогенез и микроэлементный состав (Павлова Т.В. и соавт., 2012; K.P. Campbell et al, 2002). Значительные успехи, достигнутые в понимании теории посттравматического определили актуальное понимание физиологической и патологической функциональной перестройке костной ткани (Payneetal M., 2000).

8

Итак, проведение операционных вмешательств, с активной перестройкой макро организма, а, особенно, с применением различных видов трансплантатов, особенно их современных видов с применением наноструктурированных материалов, по-прежнему является важной и не до конца изученной проблемой современной медицины.

В связи с этим, целью исследования явилось: изучить морфогенез и патогенез репаративных процессов на различных структурных уровнях организма при имплантации наноструктурированных объектов с использованием оригинальных экспериментальных моделей

Задачи исследования

1.Уточнить особенности морфогенеза регенерации костной ткани в оригинальной экспериментальной модели трефинации черепа с применением инновационных морфофункциональных методов исследования (зондовой и электронной сканирующей микроскопии с использованием макро- и

микроэлементного анализа, люминесцентной микроскопии).

2.Изучить влияние различных комплексов биокомпозитов (желатин -

гидроксиапатит - декстрана; коллаген - гидроксиапатитдекстрана)на посттравматическую репарацию костной ткани.

3. Провести сравнительный анализ репаративного остеогенеза костей черепа при применении имплантатов из наноструктурированого титана,

подвергнутых пескоструйной обработке (ПСО) и микродуговому оксидированию (МДО).

4. Изучить особенности регенерации костей черепа при имлантировании образцов из различных видов наноструктурированых титанов с биокомпозитами (титан "Grey" с ПСО и МДО обработкой одним

(желатин, декстран) и двумя (1-й: желатин, декстран, коллаген; 2-й:

гидроксиапатит, коллаген, декстран) слоями покрытия; из титана "ВТ1-0" с

кальций - фосфатным покрытием).

9

5.Выявить регенеративные особенности костной ткани при применении имплантатов, содержащих в биокомпозитах костные морфогенетические белки.

6.Выявить изменения содержания макро- (углерода, кислорода,

фосфора, кальция, азота, натрия, магния, алюминия, серы) и микроэлементов

(железо) в матриксной кости и новообразованной ткани после имплантации биокомпозитов при помощи растровой электронной и люминесцентной микроскопий.

7. Изучить изменения внутренних органов животных в экспериментальных моделях при повреждении костей черепа и последующего применения имплантатов на основе наноструктурированного титана.

8. Изучить морфофункциональные изменения органов (сердца, легких,

почек, печени) и тканей (волосяного покрова, кожи) животных при контакте

(кожном и назальном) с наночастицами оксида железа.

Научная новизна

Впервые, в сравнительном плане изучены макроскопические,

гистологические и ультраструктурные особенности регенерации тканей и органов при ряде имплантатов. Исследован морфогенез регенерации костной ткани черепа при применении композитов из желатина, гидроксиапатита и декстрана, а также коллагена, гидроксиапатита и декстрана. Помимо этого,

охарактеризованы репаративные процессы при использовании наноструктурированных титанов ВТ1-0 и Grey, подвергнутых методам ПСО и МДО способов обработки как без покрытия, так и окруженными композиционными препаратами, одним (желатин, декстран) и двумя (1:

желатин, декстран, 2: гидроксиапатит, коллаген, декстран) слоями.

Применение объектов из наноструктурированного металла способствовало

10