Применение современных факторов роста, применяемых при дефектах костной ткани в травматологии
DOI:
https://doi.org/10.52889/1684-9280-2023-4-70-47-54Ключевые слова:
дефекты костной ткани, переломы, длинные трубчатые кости, ложные суставы, факторы роста, обогащенная тромбоцитами плазма, костные морфологические белкиАннотация
Актуальной проблемой в травматологии и ортопедии остается закрытие дефектов костной ткани, вызванные кистозными образованиями, ревизионными операциями открытых переломов, ложными суставами длинных трубчатых костей
и хроническим остеомиелитом.
Плазма крови, обогащенная тромбоцитами, извлекается из собственной крови пациента и используется во всех областях медицины. Клеточные процессы после повреждения тканей контролируются, среди прочего, тромбоцитами и делящимися факторами роста. Тромбоциты производят широкий спектр факторов роста и цитокинов после прикрепления, слияния и
образования фибриновой сетки. Ключевые цитокины, определяющие тромбоциты, играют важную роль в пролиферации клеток,
хемотаксисе, дифференцировке клеток и ангиогенезе. Морфологические белки костей представляют собой большую группу
структурно связанных белков. BMP тесно связан с процессами формирования и регенерации костей. Их механизм действия включает передачу сигналов о хемотаксисе, пролиферации и дифференцировке клеток-предшественников остеопороза и индукцию образования костей этими клетками. Обширные доклинические исследования показали, что BMP способен вызывать образование костей в местах эктопии и лечить переломы. Мезенхимальные стволовые клетки представляют собой гетерогенные популяции стволовых клеток, которые имеют схожие характеристики и распределены по нескольким тканям. MSC-это мультипотентные
клетки, способные восстанавливать поврежденную мезенхимальную ткань и костный мозг. Они обладают способностью дифференцироваться в широкий спектр типов клеток, таких как хондробласты, фибробласты и остеобласты, а также могут производить зрелые клетки, которые обычно происходят из энтодермы и эктодермы. Таким образом, мезенхимальные клетки являются хорошими кандидатами для их использования в регенеративной медицине и клеточной терапии. Эти стволовые клетки
могут быть получены из костного мозга в количестве от 1/1000 до 1/100 клеток, что в десять раз меньше, чем у гемопоэтических стволовых клеток. Мезенхимальные стволовые клетки также можно получить из пуповинной крови и других тканей, таких как жировая ткань.
Анализ литературы показывает, что остается нерешенной проблемой в современной медицине. С развитием современных технологий были изобретены новые типы факторов роста и замены дефектов костей, что, в свою очередь, открывает новые возможности в лечении.
Библиографические ссылки
Конев В.А., Лабутин Д.В., Божкова С.А. Экспериментальное обоснование клинического применения стимуляторов остеогенеза в травматологии и ортопедии (обзор литературы) // Сибирское медицинское обозрение. – 2021. – №4 (130). – С. 5-17.
Konev V.A., Labutin D.V., Bozhkova S.A. Eksperimental'noe obosnovanie klinicheskogo primeneniia stimuliatorov
osteogeneza v travmatologii i ortopedii (obzor literatury) (Experimental substantiation of the clinical use of osteogenesis
stimulators in traumatology and orthopedics (literature review)) [in Russian]. Sibirskoe meditsinskoe obozrenie. 2021; 4(130): 5-17.
Байдарбеков М.У., Нурахметов А.А., Оспанов К.Т., Кожаков А.С. Эволюция клеточных технологий в лечении
нарушений репаративной регенерации костной ткани длинных трубчатых костей (обзор литературы) // Вестник
Казахского Национального медицинского университета. – 2021. – №3. – С. 360-366.
Baidarbekov M.U., Nurakhmetov A.A., Ospanov K.T., Kozhakov A.S. Evoliutsiia kletochnykh tekhnologii v lechenii narushenii
reparativnoi regeneratsii kostnoi tkani dlinnykh trubchatykh kostei (obzor literatury) (Evolution of cellular technologies in
the treatment of disorders of reparative regeneration of bone tissue of long bones (literature review)) [in Russian]. Vestnik
Kazakhskogo Natsional'nogo meditsinskogo universiteta. 2021; 3: 360-366.
Тулеубаев Б.Е., Сагинова Д.А., Сагинов А.М., Ташметов Э.Р. и др. Импрегнация антибиотиком костного аллографта: микробиологический сравнительный анализ // Экспериментальная хирургия. – 2019. – Т. 27. - №5. – С.
-495.
Tuleubaev B.E., Saginova D.A., Saginov A.M., Tashmetov E.R. i dr. Impregnatsiia antibiotikom kostnogo allografta:
mikrobiologicheskii sravnitel'nyi analiz (Antibiotic impregnation of bone allograft: microbiological comparative analysis) [in
Russian]. Eksperimental'naia khirurgiia. 2019; 27(5): 489-495.
Gao C., Deng Y., Feng P., Mao Z. et al. Current progress in bioactive ceramic scaffolds for bone repair and regeneration.
International journal of molecular sciences. 2014; 15(3): 4714-4732.
Chiara G., Letizia F., Lorenzo F., Edoardo S. et al. Nanostructured biomaterials for tissue engineered bone tissue
reconstruction. Int J Mol Sci. 2012; 13(1): 737–757.
Барабаш А.П., Кесов Л.А., Барабаш Ю.А., Шпиняк С.П. Замещение обширных диафизарных дефектов длинных
костей конечностей // Травматология и ортопедия России. – 2014. – №2 (72). – С. 93-99.
Barabash A.P., Kesov L.A., Barabash Iu.A., Shpiniak S.P. Zameshchenie obshirnykh diafizarnykh defektov dlinnykh kostei
konechnostei (Replacement of extensive diaphyseal defects of long bones of the extremities) [in Russian]. Travmatologiia i
ortopediia Rossii. 2014; 2(72): 93-99.
Миронов С.П., Шевцов В.И., Кононович Н.А., Степанов М.А. и др. Углеродные нано-структурные имплантаты
инновационный продукт для травматологии и ортопедии. Часть I: результаты экспериментальных исследований
// Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. – 2015. – №. 3. – С. 46-53.
Mironov S.P., Shevtsov V.I., Kononovich N.A., Stepanov M.A. i dr. Uglerodnye nano-strukturnye implantaty-innovatsionnyi
produkt dlia travmatologii i ortopedii. Chast' I: rezul'taty eksperimental'nykh issledovanii (Carbon nano-structured implants
are an innovative product for traumatology and orthopedics. Part I: experimental results) [in Russian]. Vestnik travmatologii i ortopedii im. N.N. Priorova. 2015; 3: 46-53.
Foster T.E., Puskas B.L., Mandelbaum B.R., Gerhardt M.B. et al. Platelet-rich plasma: from basic science toclinical
applications. The American Journal of Sports Medicine. 2009; 37(11): 2259–2272.
Marx R.E. Platelet-rich plasma (PRP): what is PRP and whatis not PRP? Implant Dentistry. 2001; 10 94): 225–228.
Anitua E., Andia I., Ardanza B., Nurden P. et al. Autologous platelets as a source of proteins for healing andtissue
regeneration. Thrombosis and Haemostasis. 2004; 91(1): 4–15.
Me´ndez-Ferrer S., Michurina T.V., Ferraro F., Mazloom A.R. et al. Mesenchymal and haematopoietic stem cells form a
unique bone marrow niche. Nature. 2010; 466(7308): 829–834.
Hass R., Kasper C., Bohm S., Jacobs R. Different populations and sources of human mesenchymal stem cells (MSC): a
comparison of adult and neonatal tissue-derived MSC. Cell Commun Signal. 2011; 9: 1–14.
Ling L., Nurcombe V., Cool S.M. Wnt signaling controls the fate of mesenchymal stem cells. Gene. 2009; 433(1-2): 1-7.
Peng L., Jia Z., Yin X., Zhang X. et al. Comparative analysis of mesenchymal stem cells from bone marrow, cartilage, and
adipose tissue. Stem Cells Dev. 2008; 17(4): 761–773.
Majore I., Moretti P., Stahl F., Hass R. et al. Growth and differentiation properties of mesenchymal stromal cell
populations derived from whole human umbilical cord. Stem Cell Rev Rep. 2011; 7(1): 17–31.
Mobasheri A., Csaki C., Clutterbuck A.L., Rahmanzadeh M. et al. Mesenchymal stem cells in connective tissue engineering and regenerative medicine: applications in cartilage repair and osteoarthritis therapy. Histol Histopathol. 2009; 24(3): 347–366.
Dominici M., Le Blanc K., Mueller I., Slaper-Cortenbach I. et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal
stromal cells. The International Society for cellular therapy position statement. Cytotherapy. 2006; 8(4): 315–317.
Qian H., Le Blanc K., Sigvardsson M. Primary mesenchymal stem and progenitor cells from bone marrow lack
expression of CD44 protein. J Biol Chem. 2012; 287(31): 25795–25807.
Ren G., Zhao X., Zhang L., Zhang J. et al. Inflammatory cytokineinduced intercellular adhesion molecule-1 and vascular
cell adhesion molecule-1 in mesenchymal stem cells are critical for immunosuppression. J Immunol. 2010; 184(5): 2321–2328.
Lin G., Liu G., Banie L., Wang G. et al. Tissue distribution of mesenchymal stem cell marker Stro-1. Stem Cells Dev. 2011;
(10): 1747–1752.
Bruder S.P., Kurth A.A., Shea M., Hayes W.C. et al. Bone regeneration by implantation of purified, cultureexpanded
human mesenchymal stem cells. J Orthop Res. 1998; 16: 155–162.
Kon E., Muraglia A., Cosi A., Bianco P. et al. Autologous bone marrow stromal cells loaded onto porous hydroxyapatite
ceramic accelerate bone repair in critical-size defects of sheep long bones. J Biomed Mat Res. 2000; 49(3): 328–337.
Warren S., Nacamuli R.K., Song H.J., Longaker M.T. Tissueengineered bone using mesenchymal stem cells and a
biodegradable scaffold. J Craniofac Surg. 2004; 15(1): 34–37.
Viateau V., Guillemin G., Bousson V., Oudina K. et al. Long-bone critical-size defects treated with tissue-engineered
grafts: a study on Wheel. J Orthop Res. 2007; 25(6): 741–749.
Liu L., Sun Z., Chen B., Han Q. et al. Ex vivo expansion and in vivo infusion of bone marrow-derived FIk-1? CD31- CD34-
mesenchymal stem cells: feasibility and safety from monkey to human. Stem Cells Dev. 2006; 15(3): 349–357.
Baas J., Vestermark M., Jensen T., Bechtold J. et al. Topical bisphosphonate augments fixation of bone-grafted
hydroxyapatite coated implants, BMP-2 causes resorption-based decrease in bone. Bone. 2017; 97: 76-82.
Onyema O.O., Guo Y., Hata A., Kreisel D. et al. Deciphering the Role of Eosinophils in Solid Organ Transplantation. Am
J Transplant. 2020; 20(4): 924-930.
Sørensen M., Barckman J., Bechtold J.E., Søballe K. et al. Preclinical evaluation of zoledronate to maintain bone
allograft and improve implant fixation in revision joint replacement. J Bone Joint Surg Am. 2013; 95(20): 1862-1868.
Quarterman J.C., Phruttiwanichakun P., Fredericks D.C., Salem A.K. Zoledronic Acid Implant Coating Results in Local
Medullary Bone Growth. Mol Pharm. 2022; 19(12): 4654-4664.
Weber M., Homm A., Müller S., Frey S. et al. Zoledronate causes a systemic shift of macrophage polarization towards
M1 in vivo. Int J Mol Sci. 2021; 22(3): 1323.
Borciani G., Ciapetti G., Vitale-Brovarone C., Baldini N. Strontium functionalization of biomaterials for bone tissue
engineering purposes: a biological point of view. Materials (Basel). 2022; 15(5): 1724.
You J., Zhang Y., Zhou Y. Strontium functionalized in biomaterials for bone tissue engineering: a prominent role in
osteoimmunomodulation. Front Bioeng Biotechnol. 2022; 10: 928799.
Fillingham Y., Jacobs J. Bone grafts and their substitutes. Bone Joint J. 2016; 98-B(1 Suppl A): 6-9. [Crossref]
Rolvien T., Barbeck M., Wenisch S., Amling M. et al. Cellular mechanisms responsible for success and failure of bone
substitute materials. Int J Mol Sci. 2018; 19(10): 2893.
Cleemann R., Sorensen M., Bechtold J.E., Soballe K. et al. Healing in peri-implant gap with BMP-2 and systemic
bisphosphonate is dependent on BMP-2 dose-A canine study. J Orthop Res. 2018; 36(5): 1406-1414.
Cleemann R., Sorensen M., West A., Soballe K. et al. Augmentation of implant surfaces with BMP-2 in a revision setting:
effects of local and systemic bisphosphonate. Bone Joint Res. 2021; 10(8): 488-497.
AbuMoussa S., Ruppert D.S., Lindsay C., Dahners L. et al. Local delivery of a zoledronate solution improves
osseointegration of titanium implants in a rat distal femur model. J Orthop Res. 2018; 36(12): 3294-3298.
Kellesarian S.V., Subhi A.L., Harthi S., Saleh Binshabaib M. et al. Effect of local zoledronate delivery on osseointegration:
a systematic review of preclinical studies. Acta Odontol Scand. 2017; 75(7): 530-541.
Butscheidt S., Moritz M., Gehrke T., Puschel K. et al. Incorporation and remodeling of structural allografts in acetabular
reconstruction: Multiscale, micro-morphological analysis of 13 pelvic explants. J Bone Joint Surg Am. 2018; 100(16): 1406-1415.
Singh R., Rohilla R., Gawande J., Sehgal P.K. To evaluate the role of platelet-rich plasma in healing of acute diaphyseal
fractures of the femur. Chinese Journal of Traumatology. 2017; 20(1): 39-44.
Malhotra R., Kumar V., Garg B., Singh R. et al. Role of autologous platelet-rich plasma in treatment of long-bone non
unions: a prospective study. Musculoskelet Surg. 2015; 99(3): 243-248.
Samy A.M. The role of platelet rich plasma in management of fracture neck femur: new insights. Int Orthop. 2016;
(5): 1019-1024.
Namazi H., Mehbudi A. Investigating the effect of intra-articular PRP injection on pain and function improvement in
patients with distal radius fracture. Orthop Traumatol Surg Res. 2016; 102(1): 47-52.
DiMatteo B., Filardo G., Kon E., Marcacci M. Platelet-rich plasma: evidence for the treatment of patellar and Achilles
tendinopathy a systematic review. Musculoskeletal Surgery. 2015; 99(1): 1-9.
Roh Y.H., Kim W., Park K.U., Oh J.H. Cytokine-release kinetics of plateletrich plasma according to various activation
protocols. Bone Joint Research. 2016; 5(2): 37-45.
Cavallo C., Roffi A., Grigolo B., Mariani E. et al. Platelet-Rich Plasma: The Choice of Activation Method Affects the
Release of Bioactive Molecules. Biomed Research International. 2016; 2016: 1-7.
You J.S., Kim S.G., Oh J.S., Kim J.S. Effects of Platelet-Derived Material (Platelet-Rich Fibrin) on Bone Regeneration.
Implant Dentistry. 2019; 28(3): 244-255.
Kobayashi E., Flückiger L., Fujioka-Kobayashi M., Sawada K. et al. Comparative release of growth factors from PRP,
PRF, and advanced-PRF. Clin Oral Investing. 2016; 20(9): 2353-2360.
Mosca M.J., Rodeo S.A. Platelet-rich plasma for muscle injuries: game over or time out? Curr Rev Musculoskelet Med.
; 8(2): 145-153.
Marcazzan S., Taschieri S., Weinstein R.L., Del Fabbro M. Efficacy of platelet concentrates in bone healing: A systematic
review on animal studies – Part B: Large-size animal models. Platelets. 2018; 29(4): 338-346.
Roffi A., Di Matteo B., Krishnakumar G.S., Kon E. et al. Platelet-rich plasma for the treatment of bone defects: from
pre-clinical rational to evidence in the clinical practice. A systematic review. International Orthopaedics. 2017; 41(2): 221-237.
Le A.D.K., Enweze L., DeBaun M.R., Dragoo J.L. Platelet-Rich Plasma. Clinics Sports Medicine. 2019; 38(1): 17-44.
Nasrabadi D., Rezaeiani S., Sayadmanesh A., Eslaminejad M.B. et al. Inclusion body expression and refolding of
recombinant bone morphogenetic protein-2. Avicenna J Med Biotechnol. 2018; 10(4): 202-207.
Zhang Y., Ma Y., Yang M., Min S. et al. Expression, purification, and refolding of a recombinant human bone morphogenetic protein 2 in vitro. Protein Expr Purif. 2011; 75(2): 155-160.
Шарапова Н.Е., Котнова А.П., Галушкина З.М., Лаврова Н.В. и др. Получение рекомбинантного костного
морфогенетического белка 2 человека в клетках Escherichia coli и тестирование его биологической активности in
vitro и in vivo // Молекулярная Биология. – 2010. – Т. 44. - №6. – С. 1036-1044.
Sharapova N.E., Kotnova A.P., Galushkina Z.M., Lavrova N.V. i dr. Poluchenie rekombinantnogo kostnogo morfogeneticheskogo belka 2 cheloveka v kletkakh Escherichia coli i testirovanie ego biologicheskoi aktivnosti in vitro i in vivo (Preparation of recombinant human bone morphogenetic protein 2 in Escherichia coli cells and testing of its biological activity in vitro and in vivo) [in Russian]. Molekuliarnaia Biologiia. 2010; 44(6): 1036-1044.
Karyagina A.S., Boksha I.S., Grunina T.M., Demidenko A.V. et al. Optimization of rhBMP-2 active-form production in
a heterologous expression system using microbiological and molecular genetic approaches. Mol Genet Mikrobiol Virol. 2016; 31(4): 208-213.
Karyagina A.S., Boksha I.S., Grunina T.M., Demidenko A.V. et al. Two variants of recombinant human bone
morphogenetic protein 2 (rhBMP-2) with additional protein domains: synthesis in an Escherichia coli heterologous expression system. Biochemistry (Moscow). 2017; 82(5): 613-624.
Ihm H.J., Yang S.J., Huh J.W., Choi S.Y. et al. Soluble expression and purification of synthetic human bone morphogenetic
protein-2 in Escherichia coli. BMB Rep. 2008; 41(5): 404-407.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
