Остеозамещающие свойства скелета аквакультур склерактиниевых кораллов (экспериментальное исследование)

Цель. Оценка на модели окончатого дефекта бедренной кости крыс остеозамещающих свойств скелета аквакультур кораллов (СКАК) P. verrucosa и A. abrotanoides в сравнительном аспекте со скелетом кораллов A. cervicornis из естественных поселений (СКЕП). Материалы и методы. СКАК, выращенные на базе Российско-Вьетнамского тропического научно-исследовательского технологического центра, и СКЕП очищали от органических остатков, дробили на гранулы размером 300–600 мкм, стерилизовали γ-облучением (24 кГр) и использовали для заполнения окончатого дефекта бедренных костей крыс. Сформировано 3 группы животных (по количеству типов образцов скелета кораллов). В сроки 3, 6, 9, 12 недель по 2 животных выводили из эксперимента. Ткани из зоны имплантации фиксировали, декальцинировали и изготавливали из них гистологические препараты. Результаты. Принципиальных отличий в динамике замещения новообразованной костной тканью костного дефекта, заполненного СКЕП и СКАК, не выявлено. СКАК, как и СКЕП, были биосовместимыми и не вызывали воспалительных реакций в зоне имплантации. Установлена хорошая консолидация гранул СКАК с материнским ложе в области дефекта. Скорость их биорезорбции также оказалась сходной. Уже через 3 недели после имплантации над зоной дефекта разрасталась надкостница и началось формирование костной ткани путем периостального остеогенеза. К 12-й неделе область дефекта заполнялась новообразованной губчатой костной тканью с зонами гемопоэза между костными балками. Заключение. Скелет аквакультур кораллов P. verrucosa и A. abrotanoides обладает сходными со скелетом кораллов A. cervicornis из естественных поселений остеопластическими свойствами.

1. Ulf M, Wikesjö E, Chong-Kwan K. Periodontal healing in one-wall intra-bony defects in dogs following implantation of autogenous bone or a coral-derived biomaterial. Journal Of Clinical Periodontology. 2005; 32 (6): 583– 589. doi: 10.1111/j.1600-051X.2005.00729.x. PMID: 15882215.

2. Puvaneswary S, Balaji Raghavendran HR, Ibrahim NS, Murali MR, Merican AM, Kamarul T. A comparative study on morphochemical properties and osteogenic cell differentiation within bone graft and coral graft culture systems. Int J Med Sci. 2013; 10 (12): 1608–1614. doi: 10.7150/ijms.6496. PMID: 24151432.

3. Chen F, Chen S, Tao K, Feng X, Liu Y, Lei D et al. Marrow-derived osteoblasts seeded into porous natural coral to prefabricate a vascularised bone graft in the shape of a human mandibular ramus: experimental study in rabbits. Oral Maxillo fac. Surg. 2004; 42: 532–537. doi: 10.1016/j.bjoms.2004.08.007. PMID: 15544883.

4. Cui L, Liu B, Liu G, Zhang W, Cen L, Sun J et al. Repair of cranial bone defects with adipose derived stem cells and coral scaffold in a canine model. Biomaterials. 2007; 28 (36): 5477–5486. doi: 10.1016/j.biomaterials.2007.08.042. PMID: 17888508.

5. Гурин АН, Комлев ВС, Федотов АЮ, Берковский АЛ, Мамонов ВЕ, Григорьян АС. Сравнительная характеристика материалов на основе хитозана, альгината и фибрина в комплексе с β-трикальцийфосфатом для остеопластики (экспериментально-морфологическое исследование). Стоматология. 2014; 1: 4–10. Gurin AN, Komlev VS, Fedotov AIu, Berkovskiĭ AL, Mamonov VE, Grigor’ian AS. Comparative study of osteoplastic materials based on chitosan, alginate or fibrin with tricalcium phosphate. Stomatology. 2014; 1: 4–10. [In Russ, English abstract].

6. Мураев АА, Бонарцев АП, Гажва ЮВ, Рябова ВМ, Волков АВ, Жаркова ИИ и др. Разработка и доклинические исследования ортотопических костных имплантатов на основе гибридной конструкции из поли-3-оксибутирата и альгината натрия. Современные технологии в медицине. 2016; 8 (4): 42–50. Muraev AA, Bonartsev AP, Gazhva YuV, Riabova VM, Volkov AV, Zharkova II et al. Development and preclinical studies of orthotopic bone implants based on a hybrid construction from poly(3-hydroxybutyrate) and sodium alginate. Sovremennye tehnologii v medicine. 2016; 8 (4): 42–50. [In Russ, English abstract] doi: 10.17691/ stm2016.8.4.06.

7. Котлярова МС, Архипова АЮ, Мойсенович АМ, Куликов ДА, Куликов АВ, Коньков АС и др. Биорезорбируемые скаффолды на основе фиброина для регенерации костной ткани. Вестник Московского университета. Серия 16: Биология. 2017; 72 (4): 222–228. Kotliarova MS, Arkhipova AY, Moysenovich AM, Kulikov DA, Kulikov AV, Kon’kov AS et al. Bioresorbable Scaffolds Based on Fibroin for Bone Tissue Regeneration. Moscow University Biological Sciences Bulletin. 2017; 72 (4): 222–228. [In Russ, English abstract].

8. Свиридова ИК, Сергеева НС, Франк ГА, Тепляков ВВ, Кирсанова ВА, Ахмедова СА и др. Скелет натуральных кораллов сем. Acropora в замещении дефекта костной ткани у мелких и крупных лабораторных животных. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2010; 5 (4): 43–48. Sviridova IK, Sergeeva NS, Frank GA, Teplyakov VV, Kirsanova VA, Akhmedova SA et al. A skeleton of Acropora corals in replacing bone tissue defects in small and large laboratory animals. Cellular Transplantation and Tissue Engineering. 2010; 5 (4): 43–48. [In Russ, English abstract].

9. Бритаев ТА, МихеевВН. Агрегированное размещение склерактиниевых кораллов влияет на структуру ассоциированных с ними симбиотических сообществ. Доклады Академии наук. 2013; 448 (5): 614–617. doi: 10.7868/S0869565213050289. Britaev TA, Miheev VN. Agregirovannoe razmeshchenie skleraktinievyh korallov vliyaet na strukturu associirovannyh s nimi simbioticheskih soobshchestv. Doklady Akademii nauk. 2013; 448 (5): 614–617. doi: 10.7868/S0869565213050289.

10. Сергеева НС, Свиридова ИК, Баринов СМ, Комлев ВС, Кирсанова ВА, Ахмедова СА и др. Комплексное изучение природных кораллов для решения проблем реконструкции/инженерии костной ткани. II. Изучение биосовместимости и остеокондуктивных потенций природных кораллов. Журнал технологии живых систем. 2012; 9 (10): 23–30. Sergeeva NS, Sviridova IK, Barinov SM, Komlev VS, Kirsanova VA, Akhmedova SA et al. Complex study of natural corals for bone tissue reconstruction/engineering. II. The study of biocompatibility and ostroconductive properties of natural corals. Technologies of Living Systems. 2012; 9 (10): 23–30. [In Russ, English abstract].

11. Сергеева НС, Свиридова ИК, Франк ГА, Кирсанова ВА, Ахмедова СА, Попов АА и др. Критерии биосовместимости материалов, предназначенных для замещения костных дефектов. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2014; 2: 110–116. Sergeeva NS, Sviridova IK, Frank GA, Kirsanova VA, Akhmedova SA, Popov AA et al. Kriterii biosovmestimosti materialov, prednaznachennyh dlya zameshcheniya kostnyh defektov. Kletochnye tekhnologii v biologii i medicine. 2014; 2: 110–116.

12. Сергеева НС, Бритаев ТА, Свиридова ИК, Ахмедова СА, Кирсанова ВА, Попов АА и др. Скелет аквакультур склерактиниевых кораллов как возможный 3D матрикс для клеточных культур и инженерии костной ткани. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2013; 10: 494–498. Sergeeva NS, Britaev TA, Sviridova IK, Akhmedova SA, Kirsanova VA, Popov AA et al. Scleractinium Coral Aquaculture Skeleton: a Possible 3D Scaffold for Cell Cultures and Bone Tissue Engineering. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2013; 10: 494–498. [In Russ, English abstract].

13. Wu YC, Lee TM, Chiu KH, Shaw SY, Yang CY. A comparative study of the physical and mechanical properties of three natural corals based on the criteria for bonetissue engineering scaffolds. J Mater Sci: Mater Med. 2009; 20:1273–1280. doi: 10.1007/s10856-009-3695-3. PMID: 19267261.

14. Попов АА, Сергеева НС, Бритаев ТА, Комлев ВС, Свиридова ИК, Кирсанова ВА и др. Некоторые физико-химические и биологические характеристики образцов скелета аквакультур склерактиниевых кораллов, предназначенных для реконструкции/ инженерии костной ткани. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015; 4: 490–495. Popov AA, Sergeeva NS, Britaev TA, Komlev VS, Sviridova IK, Kirsanova VA et al. Some Physical, Chemical, and Biological Parameters of Samples of Scleractinium Coral Aquaculture Skeleton Used for Reconstruction/ Engineering of the Bone Tissues. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2015; 4: 490–495. [In Russ, English abstract] doi 10.1007/s10517-015-3001-y.

15. Macha IJ, Ben-Nissan B. Marine Skeletons: Towards Hard Tissue Repair and Regeneration. Mar Drugs. 2018; 16 (7): 225. doi: 10.3390/md16070225. PMID: 30004435.

16. Manassero M, Viateau V, Deschepper M, Oudina K, Logeart-Avramoglou D, Petite H et al. Bone Regeneration in Sheep Using Acropora Coral, a Natural Resorbable Scaffold, and Autologous Mesenchymal Stem Cells. Tissue engineering: part A. 2013; 19 (13): 1554–1563. doi: 10.3390/md16070225. PMID: 23427828.

17. Rocha RJ, Silva AM, Fernandes MH, Cruz IC, Rosa R, Calado R. Contrasting Light Spectra Constrain the Macro and Microstructures of Scleractinian Corals. PLoS One. 2014 9 (8): e105863. doi: 10.1371/journal. pone.0105863. PMID: 25170981.

18. Liu G, Zhang Y, Liu B, Sun J, Li W, Cui L. Bone regeneration in a canine cranial model using allogeneic adipose derived stem cells and coralscaffold. Biomaterials. 2013; (11): 2655–2664. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.01.004. PMID: 23343633.

19. Green DW, Ben-Nissan B, Yoon KS, Milthorpe B, Jung HS. Natural and Synthetic Coral Biomineralization for Human Bone Revitalization. Trends Biotechnol. 2017; (1): 43–54. doi: 10.1016/j.tibtech.2016.10.003. PMID: 27889241.

20. Сергеева НС, Свиридова ИК, Баринов СМ, Комлев ВС, Кирсанова ВА, Ахмедова СА и др. Комплексное изучение природных кораллов для решения проблем реконструкции/инженерии костной ткани. I. Изучение физико-химических и матриксных (для клеток) свойств природных кораллов. Технологии живых систем. 2012; 9 (8): 3–13. Sergeeva NS, Sviridova IK, Barinov SM, Komlev VS, Kirsanova VA, Akhmedova SA et al. Complex study of natural corals for bone tissue reconstruction/engineering. I. The study of physicochemical and cell matrix properties of natural corals. Technologies of Living Systems. 2012; 9 (8): 3–13. [In Russ, English abstract].

21. Тепляков ВВ, Мыслевцев ИВ, Бухаров АВ, Сергеева НС, Франк ГА, Свиридова ИК и др. Скелет кораллов семейства Acropora в качестве материала для замещения костных дефектов у больных с доброкачественными опухолями костей (экспериментально-клиническое исследование). Российский онкологический журнал. 2011; 3: 32–35. Teplyakov VV, Myslevcev IV, Buharov AV, Sergeeva NS, Frank GA, Sviridova IK et al. Skelet korallov semejstva Acropora v kachestve materiala dlya zameshcheniya kostnyh defektov u bol’nyh s dobrokachestvennymi opuholyami kostej (eksperimental’no-klinicheskoe issledovanie). Rossijskij onkologicheskij zhurnal. 2011; 3: 32–35.