5.1. Остеопластические материалы для восстановления дефектов костной ткани челюстей
Иванов С.Ю., Мураев А.А., Волков А.В.
В современной челюстно-лицевой хирургии и стоматологии активно применяются остеопластические или костезамещающие материалы для восстановления дефектов костей черепа, в частности челюстей. Костнопластические операции направлены на восстановление или на увеличение объема костной ткани в местах ее дефектов, образовавшихся вследствие травм, воспалительных и опухолевых процессов или в результате атрофии, а также на профилактику атрофии после удаления зубов. В настоящее время разработано и применяется большое количество остеопластических материалов разных классов: на минеральной основе, на основе животного коллагена, композиционные материалы. Несмотря на их многообразие, на сегодняшний день среди остеопластических биоматериалов трудно выделить идеальный для использования в различных областях стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Специалисты, использующие остеопластические материалы, должны ориентироваться в их основных классах, их свойствах, преимуществах и недостатках и уметь делать выбор среди всего многообразия материалов для последующего применения в своей клинической практике.
Регенерация костной ткани
Регенерация ткани — органотипическая регенерация ткани — это полное восстановление ткани после ее травмы. Под травмой следует понимать не только внешнее воздействие травмирующего агента, но и операционную травму, которая зачастую имеет преднамеренный характер. Считается, что костная ткань — это единственная ткань, за исключением эмбриональной, которая при определенных условиях способна к полному восстановлению.
Механизмы регенерации хорошо изучены и имеют ряд факторов, определяющих исход регенерации. Среди них васкуляризация зоны повреждения, воспаление, подвижность костных отломков, наличие инородных тел и др.
Стимуляция регенерации с использованием специальных биосовместимых материалов называется направленной костной регенерацией. Направленная костная регенерация основана на внесении в костную рану остеопластических материалов. Применение остеопластических биоматериалов основано на их остеокондуктивных (поддержание роста костной ткани) и остеоиндуктивных (стимуляция остеогенеза) свойствах. Прежде чем говорить о материалах, важно кратко рассмотреть механизм регенерации костной ткани и основные факторы, влияющие на процессы регенерации.
Костная ткань характеризуется истинным регенеративным потенциалом, так как она способна восстанавливаться с образованием полноценной новой ткани (реституция), в отличие от большинства других тканей, в которых регенерация заключается в образовании соединительной ткани — рубца.
Регенерация кости происходит в несколько этапов:
- острое воспаление при повреждении (стадия альтерации);
- образование временного матрикса;
- образование ретикулофиброзной костной ткани (прямой остеогенез) и (или) хрящевой ткани (энхондральный или вторичный остеогенез);
- построение и созревание грубоволокнистой костной ткани;
- ремоделирование костной ткани с образованием ламеллярной кости.
Сразу после травмы выделившаяся в костную рану кровь сворачивается с образованием сгустка. Из погибших в результате травмы костных клеток выделяются цитокины и факторы роста, которые стимулируют миграцию макрофагов и стволовых клеток в область дефекта. Макрофаги и другие клетки крови очищают рану от нежизнеспособных тканей, а мезенхимальные стволовые клетки (эндост, периост, перициты сосудов) дифференцируются в остеопрогениторные клетки. Прямой остеогенез протекает следующим образом: если со стороны надкостницы и в области краев костной раны имеется достаточное кровоснабжение (хорошая васкуляризация), начинается синтез первичных островков костной ткани, которые в дальнейшем увеличиваются, превращаясь в костные балки ретикулофиброзной костной ткани, которая в свою очередь после минерализации и созревания превращается в костную ткань. Однако чем больше костная рана и хуже кровоснабжение, тем меньшее количество кровеносных сосудов прорастает из стенок дефекта, и, как результат, низкое парциальное давление кислорода, что приводит к дифференцировке остеопрогениторных клеток (преостеобластом) в хондробласты и синтезу хрящевой ткани.
В процессах остеогенеза и регенерации активное участие, кроме клеток, принимают основные компоненты межклеточного (экстрацеллюлярного) вещества, такие как коллаген, протеогликаны, гликопротеиды и факторы роста. В процессе регенерации костной ткани участвуют остеобласты, остеокласты и остеоциты.
Существенное значение в процессе регенерации играет ангиогенез, так как сосудистая сеть транспортирует кислород, питательные вещества, растворимые факторы и многочисленные типы клеток (мезенхимальные остеогенные клетки-предшественники, моноциты). Капиллярный эндотелий — существенная часть костной ткани, где межклеточная передача сигналов между эндотелием и клетками кости играет основную роль в поддержании гомеостаза кости. Межклеточные сигнальные пути эндотелиальных клеток необходимы для полноценного функционирования остеобластов и остеокластов. Кроме того, сосудистая система для окружающих тканей поставляет такие соединения, как факторы роста, гормоны, цитокины, хемокины и метаболиты, и действует как барьер, ограничивающий движение молекул и клеток.
Именно поэтому обеспечение и поддержка процессов ангиогенеза является важным фактором как для регенерации костной ткани при челюстно-лицевых операциях, так и для восстановления ее объема перед последующей имплантацией.
Регенеративная медицина и направленная костная регенерация в челюстно-лицевой хирургии
В настоящее время научные исследования идут в основном не по пути изучения механизмов костной регенерации как таковой, а по пути ее оптимизации. Так, например, одной из главных проблем регенеративной и клинической медицины костной ткани является, прежде всего, локальный дефицит как собственно утраченной кости, так и регенеративных единиц — мультипотентных стромальных клеток, остеобластов. Актуальны также вопросы васкуляризации зоны неоостеогенеза, в конечном итоге определяющие исход регенерации: органотипическая регенерация, хондрогенез (ложный сустав), фиброз.