Инженерия пародонтальных тканей: будущее уже наступило?

Инженерия пародонтальных тканей: будущее уже наступило?

Пародонтит является хроническим заболеванием, которое провоцирует деструкцию альвеолярной кости, потерю пародонтального прикрепления, повышения уровня подвижности зуба и в конце концов – его потерю. Причиной патологии являются бактерии, колонизирующие поверхность зубов, которые у восприимчивых пациентов провоцируют воспаление мягких тканей и потерю поддерживающей костной ткани.

Инженерия пародонтальных тканей: будущее уже наступило?

Для лечения пародонтальных, периимплантатных дефектов, а также участков атрофии было разработано множество хирургических методик. Но для обеспечения регенерации тканей необходимо обеспечить реализацию четырех основных аспектов: достаточного кровоснабжения, наличия провизорной внеклеточной матрицы, миграцию клеток, формирующих ткань и связку, а также соответствующих молекулярных медиаторов. Только при комбинации данных факторов можно добиться эффекта регенерации дефектов костных и мягких тканей. В этом обзоре будут рассмотрены современны подходы к биоинженерии пародонтальных тканей, а также будут обсуждаться аспекты генной и клеточной терапии, нюансы трехмерной печати и алгоритмы получения необходимых биологических каркасов.
Современные биоинженерные подходы к регенерации пародонта

В последнее время области применения биоинженерии значительно расширились, формируя все новые возможности для реконструкции человеческих тканей. Цель пародонтальной регенерации состоит в том, чтобы восстановить поддерживающие структуры пародонта и стабилизировать их функцию. Современные тренды реконструкции пародонтальных дефектов включают применение мембран, каркасов, костных заменителей и основных принципов биологии. Регенерация тканей пародонта в наше время базируется на принципах направленной костной/тканевой регенерации (НКР/НТР), суть которой состоит в применении мембран для сепарации клеток, влияющих на формирование костных и мягких тканей. Такие биологические барьеры ограничивают проникновение быстро растущих клеток эпителия в структуру костного дефекта, таким образом создавая условия для формирования и репопуляции клеток пародонтальной связки. В последнее время для этой цели используются не только физические барьеры, но и определенные активные вещества, по типе антибиотиков и факторов роста.

В свою очередь, каркасы (скэффолды) обеспечивают механическую поддержку для улучшения процесса регенерации тканей и восстановления участков утраченной кости. Конфигурация каркаса должна быть адаптирована, чтобы не только поддерживать трехмерную структуру дефекта, но также должна характеризоваться набором и других свойств: определенные уровнем деградации, промоции остеогенных механизмов и механизмов ангиогенеза. Кроме того, материал скэффолда должен стимулировать пролиферацию и миграцию окружающих клеток для формирования новой ткани, которая бы ничем не отличалась от интактной кости.

Костные заменители являются примерами каркасов, которые часто используются в клинической практике. Они могут быть классифицированы на аутогенные (собран у того же пациента), аллогенные (собран от представителя того же вида), ксеногенные (собран от представителя другого вида) и синтетические/аллопластические. Каждый из этих видов характеризуется специфическими свойствами остеоиндукции, остеокондукции и остеогенеза. Их также можно использовать в качестве переносчиков стромальных и стволовых клеток, которые в последнее время являются предметом многочисленных исследований.

Важную роль в процессе регенерации принимают и биологические медиаторы, которые по сути являются молекулами с определённой биологической активностью. Примерами таковых являются факторы роста, стволовые клетки, генные агенты. Факторы роста прикрепляются к рецепторам на мембранах клеток и влияют на их функцию, индуцируя формирование тканей и регенерацию кости. Примерами факторов роста, которые используются при регенераторной терапии пародонта, являются дериват эмалевой матрицы (EMD), фактор роста тромбоцитов (PDGF), костные морфогенетические белки (BMP), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и трансформирующий фактор роста бета (TGF-β). Факторы роста работают локально на участке их внесения, и таким образом способствуют формированию тканей. Клинические испытания продемонстрировали, что использование PDGF, фактора роста фибробластов (FGF) -2 и других факторов способствует оптимизации процесса регенерации.

Новые методы лечения: стволовые клетки и генная терапия

В настоящее время существует несколько ограничений, связанных с использованием биологи активных факторов для восстановления дефектов костной ткани. Эти ограничения включают короткий период полураспада факторов роста, ограниченный контроль над высвобождением и распределением белков, и потенциальное быстрое снижение концентрации белка по всей среде применения и вне ее границ. Генная терапия позволяет доставляться биологически активные факторы конкретно в область вмешательства и при этом увеличивать период их действия посредством генной модификации клеток; таким образом удается разрешить некоторые из вышеперечисленных ограничений использования факторов роста. Иными слова, генная терапия позволяет усилить действие факторов роста посредством клеточной экспрессии интересующего белка (например, PDGF, BMPs и VEGF) с использованием вектора, который доставляет ген конкретного белка в клетки и влияет на последующую клеточную активность. Эти влияния могут модифицировать процессы миграции клеток, их пролиферации, дифференциации и синтеза в течение длительного периода времени. В качестве векторов могут выступать аденоассоциированные вирусы, аденовирусы, бакуловирусы, плазмиды и ретровирусы. Эти векторы модифицируя действие морфогенетических белков, фактора роста фибробластов, факторов роста, полученных из тромбоцитов и факторов роста сосудистого эпителия, могут воздействовать на конкретные клетки мишени – цементобласты, клетки эндотелия, остеобласты и клетки пародонтальной связки. Доставка данных векторов может проводится посредством трехмерного биопринтинга, непосредственно в область вмешательства, в структуре биологического каркаса и системно через кровоток. BMP и VEGF являются двумя из наиболее исследованных факторов, которые проявляются потенциал в процессе заживления и регенерации дефектных участков костной ткани. Использование аденовирус-опосредованной системы доставки генов для BMP-7 на поверхность титана способствует более динамичной дифференцировке и миграции костных клеток.

Клеточная терапия предусматривает использование новых клеток в структуре костного дефекта для стимуляции процесса регенерации. Такими клетками могут выступать соматические или стволовые аналоги. Соматические клетки получают из внутренних органов человека, кожи, костей, крови и соединительной ткани, поэтому данные клетки не характеризуются возможностью самовосстановления и значительным потенциалом к дифференциации. Стволовые клетки в свою очередь, наоборот, владея всем вышеперечисленным более активно способствуют процессу регенерации. Их получают из костного мозга, жировой ткани, пульпы зуба пульпу или пародонтальной связки. Недавние исследования доказали возможность получения плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs), а также специализированных клеток для восстановления кости (также называемых ixmyelocel-T) и клеток, полученных из надкостницы, для индукции регенерации тканей. Анализ клеток ixmyelocel-T в ходе рандомизированного контролируемого клинического исследования, в котором проводили процессу синус-лифта, подтвердил эффективность их применения. Ixmyelocel-T получают из обогащенных CD90 + и CD14 + клеток костного мозга, которые обладают уникальной способностью к экспрессии маркеров для восстановления и регенерации тканей. В исследовании в двух группах пациентов проводилась субантральная аугментация, но в одной группе в структуре бета-трикальций фосфатного скэффолда использовали еще и стволовые клетки, а в другой – лишь сам биологический каркас. Через четыре месяца данные гистологического исследования и КЛКТ-анализа подтвердили лучшее качестве костной ткани, полученное в ходе регенерации с использованием индуцирующих клеток. Таким образом удалось подтвердить, что использование сигнальных агентов способствует оптимизации процесса регенерации тканей через специфическую доставку стволовых клеток в область дефекта.

Будущие направления

За последнее десятилетие ученым удалось добиться значительного прорыва и успеха в биоинженерии пародонтальной регенерации с использованием различных биологической агентов, клеточной терапии, конструкций каркасов, полученным посредством трехмерного принтинга. Будущее состоит и внедрения всех этих технологий в клиническую практику, что позволит в значительной мере улучшить качество стоматологической помощи, предоставляемую пациентам. В определенной мере, мы уже сейчас можем утверждать, что будущее наступило!

Подписывайтесь на наш Telegram, чтобы быть в курсе важных новостей медицины
Читайте также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *