Почва для зубов. Создан материал, помогающий избежать болезненной операции

МОСКВА, 2 сен — РИА Новости, Альфия Еникеева. При зубном протезировании нередко требуется остеопластика — пересадка фрагмента кости из другой части тела либо от животных. Оба варианта неидеальны, поэтому российские ученые придумали, как заставить человеческий организм выращивать новую костную ткань самостоятельно. Первые лабораторные эксперименты прошли успешно.

Без костей

“У меня от природы очень плохие зубы. Плюс в детстве и подростковом возрасте никто моим здоровьем не занимался. В результате к 20 годам я лишилась четырех коренных зубов. Почти все остальные запломбированы. В течение следующих десяти лет мне пришлось удалить еще два зуба. Я так и ходила, пока наконец не решила ставить импланты. Думала, приду — и мне без проблем вкрутят сколько угодно винтиков. Увы. Оказалось, что из-за длительного отсутствия зубов кость атрофировалась и в самом узком месте ее ширина всего два миллиметра, а для импланта нужно пять. Врач предложил расщепить альвеолярный гребень (распилить и раздвинуть кость) и в получившееся отверстие вкрутить два небольших импланта. Затем провести остеопластику — образовавшиеся пустоты заполнить искусственным костным материалом, а потом наложить мембрану”, — рассказывает 40-летняя Елена Новикова.

Костную пластику при установке зубных имплантов делают нескольким тысячам пациентов в год. Как правило, пользуются искусственным материалом, часто изготовленным из животного сырья. Костная ткань вокруг формируется, однако, как отмечают специалисты, в недостаточном объеме. И титановый имплант, на который потом ставят коронку, приживается не всегда.

У Елены импланты прижились. Но у некоторых с этим серьезные проблемы.

“Материалы, которые применяются в настоящее время, позволяют получить примерно 35 процентов костной ткани в зоне регенерата. Если мы возьмем так называемый золотой стандарт — аутопластику, когда у самого пациента забирают небольшой кусочек костной ткани, измельчают и помещают в зону дефекта, то образуется более 60 процентов новой ткани. Но это дополнительное операционное поле, болевые ощущения, потеря крови, развитие гематом и прочее. Основная задача разработчиков остеопластических материалов — добиться таких же показателей, как при золотом стандарте, когда используется собственная костная ткань”, — отмечает заведующий лабораторией генетики стволовых клеток Медико-генетического научного центра имени академика Н. П. Бочкова, доктор биологических наук Дмитрий Гольдштейн.

Вот уже пятый год он вместе с коллегами из Центрального НИИ стоматологии и челюстно-лицевой хирургии пытается решить эту задачу. Причем пошли они по нестандартному пути — нацелились заставить человеческий организм самостоятельно формировать новую костную ткань.

Регенерация по запросу

“Мы взяли за основу BMP-2 — морфогенетический белок, который стимулирует образование костной ткани. У нас в организме есть мезенхимальные стволовые клетки — МСК. Они способны дифференцироваться в различные типы зрелых клеток и участвовать в регенерации самых разных видов тканей. Так вот, даже при небольшом количестве молекул белка BMP-2 МСК превращаются в клетки костной ткани”, — объясняет Дмитрий Гольдштейн.

Этот белок вносят в матрицу из термоотверждаемого коллагенового гидрогеля и полилактидных частиц и помещают в зону костного дефекта. Со временем туда попадают и МСК — они образуются в костном мозге и разносятся по организму с кровотоком. Под действием BMP-2 из них образуется новая костная ткань.

“Мы исследовали полученный нами материал in vitro (на клеточных культурах. — Прим. ред.) и in vivo — на животных. На крысах с критическими теменными дефектами мы наблюдали образование костной ткани в тех же объемах, как при аутопластике. Сейчас мы готовимся к регистрационным испытаниям”, — говорит ученый.

© Пресс-служба МГНЦ

Образование костной ткани под действием остеоиндуктора, материала, содержащего белок BMP-2

По образу и подобию “Спутника V”

Как отмечают исследователи, бумажные дела могут занять пару лет. И за это время полученный материал усовершенствуют — сделают еще более эффективным, а главное — дешевым.

“Мы взяли ту же матрицу. Наши опыты показали, что она обладает хорошей биосовместимостью и не вызывает воспаления. Но белок заменили на аденовирусный вектор пятого серотипа. Такой же, как в вакцине “Спутник-V”, только вместо гена S-белка коронавируса в него встроен ген BMP-2. Матрицу помещаем в зону костного дефекта, модифицированный аденовирус проникает в клетки человека и стимулирует синтез белка BMP-2 — внутри матрицы. Наращивается новая кость”, — рассказывает Дмитрий Гольдштейн.

Для пациента процедура будет выглядеть следующим образом. Врач смешивает несколько компонентов — термоотверждаемый гель и полилактидные частицы с нанесенными на их поверхность аденовирусными частицами. Потом разрезает десну и залепляет смесью, словно пластилином, зону костного дефекта. Слизистую зашивают. Через три-четыре месяца материал полностью рассосется и на его месте появится костная ткань.

© Иллюстрация РИА Новости

В аденовирус встраивается ген BMP-2. Затем матрицу с модифицированным аденовирусом помещают в зону костного дефекта. Там он проникает в клетки человека и способствует производству белка BMP-2. Молекулы последнего прикрепляются к мембранам мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Они образуются в костном мозге и вместе с кровотоком попадают к тому месту, где необходимо нарастить кость. МСК способны дифференцироваться в различные типы зрелых клеток и участвовать в регенерации самых разных видов тканей. Под действием белка BMP-2 они превращаются в клетки костной ткани — остеобласты.

Иммунитет — не помеха

Ученые предполагают, что созданный ими материал можно будет использовать для наращивания костной ткани не только в челюсти — везде, где это необходимо. Это эффективнее, чем любые известные сегодня остеопластические аналоги. Единственное, что может помешать, — иммунная система пациента. Но разработчики нового метода это предусмотрели.

“Безусловно, у человека могут быть антитела на белки аденовируса. Однако, во-первых, этот аденовирус находится в матрице и доступ к нему ограничен для иммунокомпетентных клеток. Во-вторых, выраженный иммунитет на аденовирусный вектор, как правило, непродолжителен. Конечно, если там остались протективные антитела, какое-то количество аденовирусных частиц иммунная система уничтожит. Однако если дать их с запасом, мы обеспечим достаточную терапевтическую эффективность”, — подчеркивает Дмитрий Гольдштейн.

По словам заместителя директора по научной работе Национального медицинского исследовательского центра травматологии и ортопедии имени Илизарова, кандидата биологических наук Евгения Овчинникова, подобные материалы позволят избежать отторжения и изнашивания костных имплантов.

“В ортопедии широко применяется множество костнозамещающих материалов. Ни один из них нельзя назвать универсальным — везде свои ограничения. Наиболее оптимальными сегодня считаются аутотрансплантации, замещение собственной тканью пациента. Впрочем, некоторые специалисты полагают, что ксеногенный материал (животного происхождения. — Прим. ред.) лучше, так как его система подготовки более стандартизована. Вообще, сейчас травматология и ортопедия идут по пути создания так называемых смарт-имплантов, выполняющих сразу несколько функций: фиксирующую, остеоиндуцирующую (стимулирующую рост костной ткани. — Прим. ред.) и противовоспалительную”, — уточнил он.

© Иллюстрация РИА Новости

Ксеноматериалы, которые используют для наращивания костной ткани, получают из животного сырья — чаще всего, из костей животных. Для этого их очищают от клеток и белков, в результате чего остается кальций-фосфатный матрикс. В него исследователи из Национального медицинского исследовательского центра травматологии и ортопедии имени Илизарова и НМИЦ травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова добавляют особый антимикробный состав. Затем материал стерилизуется и упаковывается. Когда его помещают в зону костного дефекта, он не только стимулирует образование новой костной ткани. но и подавляет инфекционное воспаление в кости

Подобный смарт-имплант, кстати, создали недавно и в Центре Илизарова — совместно с коллегами из НМИЦ травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова. Разработали ксеноматериал, в который сразу же интегрирован особый антибактериальный состав. Его будут ставить пациентам, страдающим остеомиелитом, — гнойным воспалением в кости. Антибиотик, выделяющийся в зоне дефекта постепенно и небольшими дозами, справится с воспалением, а сам ксеноматериал простимулирует рост и дальнейшую перестройку костной ткани.

Новинку уже удачно протестировали на кроликах. Сейчас готовятся документы для регистрации. В ближайшие несколько лет разработку вполне могут ввести в клиническую практику. Впрочем, сами исследователи называют это компромиссным вариантом, так как данный материал чаще отторгается, чем тот, что из собственных тканей пациента.