Возможности получения и применения биоматериалов на основе гидрогелей для регенерации костной ткани человека
Аннотация
Проблема замещения дефектов различных тканей, в особенности костной, стоит остро в современной медицине. Лишенного недостатков универсального метода их заполнения в настоящее время не существует. Одной из перспективных групп аллопластических материалов являются гидрогели. В настоящее время с помощью различных методов химической и физической модификации из них удается получать материалы с различными биологическими свойствами, позволяющими приближать их к натуральному экстрацеллюлярному матриксу и использовать как средство доставки стволовых клеток и биологически активных веществ в зону дефекта. Рассмотрению различных аспектов получения и применения биологических материалов из гидрогелей и посвящен данный обзор литературы.
Об авторах
В. Э. Дубров
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Дубров Вадим Эрикович. Адрес: 119991, Россия, Москва, Ломоносовский пр-т, д. 27, корп. 1. Тел. (985) 764-52-89.
Россия
Дубров Вадим Эрикович. Адрес: 119991, Россия, Москва, Ломоносовский пр-т, д. 27, корп. 1. Тел. (985) 764-52-89.
Е. С. Климашина
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Россия
И. М. Щербаков
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Россия
Г. А. Шипунов
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Россия
В. И. Путляев
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Россия
П. В. Евдокимов
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Россия
А. А. Тихонов
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Россия
С. В. Гулько
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Россия
Д. А. Зюзин
ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия
Россия
Список литературы
1. Анастасиева ЕА, Садовой МА, Воропаева АА, Кирилова ИА. Использование ауто- и аллотрансплантатов для замещения костных дефектов при резекциях опухолей костей (обзор литературы). Травматология и ортопедия России. 2017; 23 (3): 148–155. Anastasieva EA, Sadovoy MA, Voropaeva AA, Kirilova IA. Reconstruction of Bone Defects after Tumor Resection by Auto- and Allografts (Review of Literature). Travmatologiya i ortopediya Rossii [Traumatology and Orthopedics of Russia]. 2017; 23 (3): 148–155. (in Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2017-23-3-148-155.
2. Каралкин ПА, Сергеева НС, Комлев ВС, Свиридова ИК, Кирсанова ВА, Ахмедова СА и др. Биосовместимость и остеопластические свойства мине рал-полимерных композиционных материалов на основе альгината натрия, желатина и фосфатов кальция, предназначенных для трехмерной печати костнозамещающих конструкций. Гены и клетки. 2016; 11 (3): 94–101. Karalkin PA, Sergeeva NS, Komlev VS, Sviridova IK, Kirsanova VA, Akhmedova SA et al. Biocompatibility and osteoplastic properties of mineral polymer composite materials based on sodium alginate, gelatin, and calcium phosphates intended for 3D-printing of the constructions for bone replacement. Genes and Cells. 2016; 11 (3): 94–101.
3. Карякин НН, Горбатов РО, Новиков АЕ, Нифтуллаев РМ. Хирургическое лечение пациентов с опухолями длинных трубчатых костей верхних конечностей с использованием индивидуальных имплантатов из костнозамещающего материала, созданных по технологиям 3D-печати. Гений ортопедии. 2017; 23 (3): 323–330. Karyakin NN, Gorbatov RO, Novikov AE, Niftullaev RM. Surgical treatment of patients with tumors of long bones of upper limbs using tailored 3D printed bone substitute implants. Genij ortopedii. 2017; 23 (3): 323–330. doi 10.18019/1028-4427-2017-23-3-323-330.
4. Попков АВ. Биосовместимые имплантаты в травматологии и ортопедии (обзор литературы). Гений ортопедии. 2014; 3: 94–99. Popkov AV. Biocompatible implants in traumatology and orthopaedics (A review of literature). Genij ortopedii. 2014; 3: 94–99.
5. Fernandez de Grado G, Keller L, Idoux-Gillet Y, Wagner Q, Musset AM, Benkirane-Jessel N et al. Bone substitutes: a review of their characteristics, clinical use, and perspectives for large bone defects management. J Tissue Eng. 2018; 9: 2041731418776819. doi: 10.1177/2041731418776819.
6. Wang W, Yeung KWK. Bone grafts and biomaterials substitutes for bone defect repair: A review. Bioact Mater. 2017; 2 (4): 224–247. doi: 10.1016/j. bioactmat.2017.05.007.
7. Dau M, Ganz C, Zaage F, Frerich B, Gerber T. Hydrogel-embedded nanocrystalline hydroxyapatite granules (elastic blocks) based on a cross-linked polyvinylpyrrolidone as bone grafting substitute in a rat tibia model. Int J Nanomedicine. 2017; 12: 7393–7404. doi: 10.2147/ IJN.S142550.
8. Douglas AJ, Kyzas PA. A new autologous block-bone prefabricated flap concept based on the supraclavicular artery island flap (SCAIF) for reconstruction of a neo-mandibular osteoradionecrosis (ORN) defect, IDEAL Stage 1 report. JPRAS Open 2017; 12: 19–24. doi: 10.1016/j.jpra.2016.11.002.
9. Крюков ЕВ, Брижань ЛК, Хоминец ВВ, Давыдов ДВ, Чирва ЮВ, Севастьянов ВИ и др. Опыт клинического применения тканеинженерных конструкций в лечении протяженных дефектов костной ткани. Гений ортопедии. 2019; 25 (1): 49–57. Kryukov EV, Brizhan’ LK, Khominets VV, Davydov DV, Chirva YuV, Sevastianov VI et al. Clinical use of scaffold-technology to manage extensive bone defects. Genij ortopedii. 2019; 25 (1): 49–57.
10. Gut G, Marowska J, Jastrzebska A, Olender E, Kamiński A. Structural mechanical properties of radiation-sterilized human Bone-Tendon-Bone grafts preserved by different methods. Cell Tissue Bank. 2015; 17 (2): 277–287. doi: 10.1007/s10561-015-9538-1.
11. Ferracini R, Martínez Herreros I, Russo A, Casalini T, Rossi F, Perale G. Scaffolds as Structural Tools for Bone-Targeted Drug Delivery. Pharmaceutics. 2018; 10 (3): 122. doi: 10.3390/pharmaceutics10030122.
12. Rehmann MS, Kloxin AM. Tunable and dynamic soft materials for three-dimensional cell culture. Soft Matter. 2013; 9 (29): 6737–6746. doi: 10.1039/C3SM50217A.
13. Bai X, Gao M, Syed S, Zhuang J, Xu X, Zhang XQ. Bioactive hydrogels for bone regeneration. Bioact Mater. 2018; 3 (4): 401–417. doi: 10.1016/j.bioactmat.2018.05.006.
14. Фатхудинова НЛ, Васильев АВ, Бухарова ТБ, Осидак ЕО, Старикова НВ, Домогатский СП и др. Перспективы использования коллагенового гидрогеля в качестве основы для отверждаемых и активированных костно-пластических материалов. Стоматология. 2018; (6): 78–83. Fatkhudinova NL, Vasilyev AV, Bukharova TB, Osidak EO, Starikova NV, Domogatsky SP et al. The prospects of collagen as a basis for curable and activated osteoplastic materials. Stomatologiya. 2018; (6): 78–83. https://doi.org/10.17116/stomat20189706178.
15. Кузнецова ДС, Тимашев ПС, Баграташвили ВН, Загайнова ЕВ. Костные имплантаты на основе скаффолдов и клеточных систем в тканевой инженерии (обзор). Современные технологии в медицине. 2014; 6 (4): 201–212. Kuznetsova DS, Timashev PS, Bagratashvili VN, Zagaynova EV. Scaffold- and Cell SystemBased Bone Grafts in Tissue Engineering (Review). Sovremennye tehnologii v medicine. 2014; 6 (4): 201–212.
16. Садовой МА, Ларионов ПМ, Самохин АГ, Рожнова ОМ. Клеточные матрицы (скаффолды) для целей регенерации кости: современное состояние проблемы. Хирургия позвоночника. 2014; (2): 79–86. Sadovoy MA, Larionov PM, Samokhin AG, Rozhnova OM. Cellular Matrices (Scaffolds) for Bone Regeneration: State of the Art. Hir Pozvonoc. 2014; (2): 79–86.
17. Barbucci R. Hydrogels. Milano: Springer; 2009. doi: 10.1007/978-88-470-1104-5.
18. Bemmelen JM. Zeitschr f Chem und Ind der Kolloide (1907) 1: 213. [In Deu]. doi: 10.1007/BF01830147.
19. Wichterle O&L, [Iacute] M.D. Hydrophilic Gels for Biological Use. Nature. 1960; 185: 117–118 doi: 10.1038/185117a0.
20. Gibbs DMR, Black CRM, Dawson JI, Oreffo ROC. A review of hydrogel use in fracture healing and bone regeneration. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 2016; 10 (3): 187–198. doi: 10.1002/ term.1968.
21. Annabi N, Tamayol A, Uquillas JA, Akbari M, Bertassoni LE, Cha C et al. 25th anniversary article: Rational design and applications of hydrogels in regenerative medicine. Adv Mater. 2013; 26 (1): 85–123. doi: 10.1002/ adma.201303233.
22. Терещенко ВП, Ларионов ПМ, Кирилова ИА, Садовой МА, Мамонова ЕВ. Материалы и методы тканевой инженерии костной ткани. Хирургия позвоночника. 2016; 13 (1): 72–81. Tereshchenko VP, Larionov PM, Kirilova IA, Sadovoy MA, Mamonova EV. Materials and methods of bone tissue engineering. Hir Pozvonoc. 2016; 13 (1): 72–81. . doi: http://dx.doi.org/10.14531/ ss2016.1.72–81.
23. Гурин АН, Комлев ВС, Федотов АЮ, Берковский АА, Мамонов ВЕ, Григорян АС. Сравнительная характеристика материалов на основе хитозана, альгината и фибрина в комплексе с β-трикальцийфосфатом для остеопластики (экспериментально-морфологическое исследование). Стоматология. 2014; 93 (1): 4–10. Gurin AN, Komlev VS, Fedotov AYu, Berkovsky AA, Mamonov VE, Grigoryan AS. Comparative study of osteoplastic materials based on chitosan, alginate or fibrin with tricalcium phosphate. Stomatologiya. 2014; 93 (1): 4–10. ISSN 0039-1735.
24. Shi K, Wang YL, Qu Y, Liao JF, Chu BY, Zhang HP et al. Synthesis, characterization, and application of reversible PDLLA-PEG-PDLLA copolymer thermogels in vitro and in vivo. Sci Rep. 2016; 6: 19077. doi: 10.1038/ srep19077.
25. Vo TN, Ekenseair AK, Spicer PP, Watson BM, Tzouanas SN, Roh TT et al. In vitro and in vivo evaluation of self-mineralization and biocompatibility of injectable, dual-gelling hydrogels for bone tissue engineering. J Control Release. 2014; 205: 25–34. doi: 10.1016/j.jconrel.2014.11.028.
26. Das D, Ghosh P, Ghosh A, Haldar C, Dhara S, Panda AB et al. Stimulus-responsive, biodegradable, biocompatible, covalently cross-linked hydrogel based on dextrin and poly (N-isopropylacrylamide) for in vitro/in vivo controlled drug release ACS Applied Materials & Interfaces 2015; 7 (26): 14338–14351 doi: 10.1021/acsami.
27. Barnes AL, Genever PG, Rimmer S, Coles MC. Collagen, Äìpoly (N-isopropylacrylamide) hydrogels with tunable properties. Biomacromolecules. 2016; 17: 723–734 doi: 10.1021/acs.biomac.5b01251.
28. Truong VX, Ablett MP, Gilbert HT, Bowen J, Richardson SM, Hoyland JA et al. In situ forming robust chitosan-poly (ethylene glycol) hydrogels prepared by copper-free azide–alkyne click reaction for tissue engineering. Biomaterials Science, 2014; 2 (2): 167–175. doi: 10.1039/C3BM60159E.
29. Sundaramurthi D, Krishnan UM, Sethuraman S. Electrospun Nanofibers as Scaffolds for Skin Tissue Engineering. Polymer Reviews. 2014; 54: 348–376. doi: 10.1080/15583724.2014.881374.
30. Hasan A, Memic A, Annabi N, Hossain M, Paul A, Dokmeci MR et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta Biomater. 2013; 10 (1): 11–25. doi: 10.1016/j.actbio.2013.08.022.
31. Wade RJ, Bassin EJ, Gramlich WM, Burdick JA. Nanofibrous hydrogels with spatially patterned biochemical signals to control cell behavior. Adv Mater. 2015; 27 (8): 1356–1362. doi: 10.1002/adma.201404993.
32. Jiang T, Deng M, James R, Nair LS, Laurencin CT. Micro- and nanofabrication of chitosan structures for regenerative engineering. Acta Biomater. 2014; 10: 1632–1645. doi: 10.1016/j.actbio.2013.07.003.
33. Ma S, Yu B, Pei X, Zhou F. Structural hydrogels. Polymer. 2016; 98: 516–535. doi: 10.1016/j.polymer.2016.06.053.
34. Cui H, Zhu W, Nowicki M, Zhou X, Khademhosseini A, Zhang LG. Hierarchical Fabrication of Engineered Vascularized Bone Biphasic Constructs via Dual 3D Bioprinting: Integrating Regional Bioactive Factors into Architectural Design. Adv Healthc Mater. 2016; 5 (17): 2174–2181. doi: 10.1002/adhm.201600505.
35. Dai Y, Ma PA, Cheng Z, Kang X, Zhang X, Hou Z et al. Up-conversion cell imaging and pH-induced thermally controlled drug release from NaYF4: Yb3+/Er3+ hydrogel core-shell hybrid microspheres. ACS nano. 2012; 6: 3327–3338. doi: 10.1021/nn300303q.
36. Kirkland SE, Hensarling RM, McConaughy SD, Guo Y, Jarrett WL, McCormick CL. Thermoreversible hydrogels from RAFT-synthesized BAB triblock copolymers: steps toward iomimetic matrices for tissue regeneration. Biomacromolecules. 2007; 9: 481–486. doi: 10.1021/ bm700968t.
37. Sampas CT, Philbrook M, Seedling A, McPherson J. Thermo-sensitive bone growth compositions. JP Application 2016514030. May 19, 2016.
38. Zustiak SP, Leach JB. Hydrolytically degradable poly (ethylene glycol) hydrogel scaffolds with tunable degradation and mechanical properties. Biomacromolecules. 2010; 11: 1348–1357. doi: 10.1021/bm100137q.
39. Wang H, Heilshorn SC. Adaptable hydrogel networks with reversible linkages for tissue engineering. Adv Mater. 2015; 27 (25): 3717–3736. doi: 10.1002/ adma.201501558.
40. Hennink W, Van Nostrum CF. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Del Rev. 2012; 64: 223–236. doi: 10.1016/S0169-409X(01)00240-X.
41. Bae KH, Wang L-S, Kurisawa M. Injectable biodegradable hydrogels: progress and challenges. J Mater Chem B. 2013; 1: 5371–5388. doi: 10.1039/C3TB20940G.
42. Engler AJ, Sen S, Sweeney HL, Discher DE. Matrix elasticity directs stem cell lineage specification. Cell. 2006; 126: 677–689. doi: 10.1016/j.cell.2006.06.044.
43. Ehrbar M, Sala A, Lienemann P, Ranga A, Mosiewicz K, Bittermann A et al. Elucidating the role of matrix stiffness in 3D cell migration and remodeling. Biophys J. 2011; 100: 284–293. doi: 10.1016/j.bpj.2010.11.082.
44. Zhang Y, Gordon A, Qian W, Chen W. Engineering nanoscale stem cell niche: direct stem cell behavior at cellmatrix interface. Adv Healthc Mater. 2015; 4: 1900– 1914. doi: 10.1002/adhm.201500351.
45. Huebsch N, Arany PR, Mao AS, Shvartsman D, Ali OA, Bencherif SA et al. Harnessing traction-mediated manipulation of the cell/matrix interface to control stemcell fate. Nat Mater. 2010; 9: 518–526. doi: 10.1038/ nmat2732.
46. Chaudhuri O, Gu L, Klumpers D, Darnell M, Bencherif SA, Weaver JC et al. Hydrogels with tunable stress relaxation regulate stem cell fate and activity. Nat Mater. 2016; 15: 326–334. doi: 10.1038/nmat4489.
47. Yang C, DelRio FW, Ma H, Killaars AR, Basta LP, Kyburz KA et al. Spatially patterned matrix elasticity directs stem cell fate. Proc Natl Acad Sci USA. 2016; 113 (31): E4439–E4445. doi: 10.1073/pnas.1609731113.
48. Seidi A, Ramalingam M, Elloumi-Hannachi I, Ostrovidov S, Khademhosseini A. Gradient biomaterials for soft-to-hard interface tissue engineering. Acta Biomater. 2011; 7: 1441–1451. doi: 10.1016/j.actbio.2011.01.011.
49. Jain RK, Au P, Tam J, Duda DG, Fukumura D. Engineering vascularized tissue. Nat Biotechnol. 2005; 23: 821–823. doi: 10.1038/nbt0705-821.
50. Chen X, Aledia AS, Ghajar CM, Griffith CK, Putnam AJ, Hughes CC et al. Prevascularization of a fibrin-based tissue construct accelerates the formation of functional anastomosis with host vasculature. Tissue Eng. Part A. 2008; 15: 1363–1371. doi: 10.1089/ten.tea.2008.0314.
51. Peyton SR, Kalcioglu ZI, Cohen JC, Runkle AP, Van Vliet KJ, Lauffenburger DA et al. Marrow-derived stem cell motility in 3D synthetic scaffold is governed by geometry along with adhesivity and stiffness. Biotechnol Bioeng. 2011; 108: 1181–1193. doi: 10.1002/bit.23027.
52. Bauer J, Hengsbach S, Tesari I, Schwaiger R, Kraft O. High-strength cellular ceramic composites with 3D microarchitecture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014; 111: 2453–2458. doi: 10.1073/pnas.1315147111.
53. Kapfer SC, Hyde ST, Mecke K, Arns CH, SchröderTurk GE. Minimal surface scaffold designs for tissue engineering. Biomaterials. 2011; 32 (29): 6875–6882. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.06.012.
54. Дубров ВЭ, Климашина ЕС, Щербаков ИМ, Шипунов ГА, Путляев ВИ, Евдокимов ПВ и др. Экспериментальная оценка свойств 3D-пористого материала на основе фосфата кальция на модели монокортикального диафизарного дефекта бедренной кости крысы. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019; 167 (3): 377–380. Dubrov VE, Klimashina ES, Scherbakov IM, Shipunov GA, Putlayev VI, Evdokimov PV et al. The experimental evaluation of the properties of the 3D-porous bone substitute based on calcium phosphate on the model of monocortical diaphyseal rat femur’s defect. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2019; 167 (3): 377–380. [In Russ, English abstract].
55. Charras G, Sahai E. Physical influences of the extracellular environment on cell migration. Nat Rev Mol Cell Biol. 2014; 15: 813–824. doi: 10.1038/nrm3897.
56. Overstreet DJ, Huynh R, Jarbo K, McLemore RY, Vernon BL. In situ forming, resorbable graft copolymer hydrogels providing controlled drug release. J Biomed Mater Res. Part A. 2013; 101: 1437–1446. doi: 10.1002/ jbm.a.34443.
57. Harley BA, Kim HD, Zaman MH, Yannas IV, Lauffenburger DA, Gibson LJ. Microarchitecture of three-dimensional scaffolds influences cell migration behavior via junction interactions. Biophys J. 2008; 95 (8): 4013– 4024. doi: 10.1529/biophysj.107.122598.
58. Brauker JH, Carr-Brendel VE, Martinson LA, Crudele J, Johnston WD, Johnson RC. Neovascularization of synthetic membranes directed by membrane microarchitecture. J Biomed Mater Res. 1995; 29: 1517–1524. doi: 10.1002/jbm.820291208.
59. Klawitter J, Hulbert S. Application of porous ceramics for the attachment of load bearing internal orthopedic applications. J Biomed Mater Res. 1971; 5: 161–229. doi: 10.1002/jbm.820050613.
60. Yannas IV, Lee E, Orgill DP, Skrabut EM, Murphy GF. Synthesis and characterization of a model extracellular matrix that induces partial regeneration of adult mammalian skin. Proc Natl Acad Sci USA. 1989; 86 (3): 933– 937. PubMed PMID: 2915988.
61. Annabi N, Nichol JW, Zhong X, Ji C, Koshy S, Khademhosseini A et al. Controlling the porosity and microarchitecture of hydrogels for tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev. 2010; 16 (4): 371–383. doi: 10.1089/ ten.TEB.2009.0639.
62. Matsusaki M, Akashi M. Novel functional biodegradable polymer IV: pH-sensitive controlled release of fibroblast growth factor-2 from a poly (γ-glutamic acid)-sulfonate matrix for tissue engineering. Biomacromolecules. 2005; 6: 3351–3356. doi: 10.1021/bm050369m.
63. Kinoshita K, Iwase M, Yamada M, Yajima Y, Seki M. Fabrication of multilayered vascular tissues using microfluidic agarose hydrogel platforms. Biotechnol J. 2016; 11: 1415–1423. doi: 10.1002/biot.201600083.
64. Сергеева НС, Комлев ВС, Свиридова ИК, Кирсанова ВА, Ахмедова СА, Шанский ЯД и др. Некоторые физико-химические и биологические характеристики трехмерных конструкций на основе альгината натрия и фосфатов кальция, полученных методом 3D-печати и предназначенных для реконструкции костных дефектов. Гены и клетки. 2015; 10 (2): 39–45. Sergeeva NS, Komlev VS, Sviridova IK, Kirsanova VA, Akhmedova SA, Shanskiy YaD et al. Some physicochemical and biological characteristics of 3D printed constructions based on sodium alginate and calcium phosphates for bone defects reconstruction. Genes and Cells. 2015; 10 (2): 39–45.
65. Gao C, Liu M, Chen J, Zhang X. Preparation and controlled degradation of oxidized sodium alginate hydrogel. Polym Degrad Stab. 2009; 94: 1405–1410. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2009.05.011.
66. Wu Z, Su X, Xu Y, Kong B, Sun W, Mi S. Bioprinting three-dimensional cell-laden tissue constructs with controllable degradation. Sci Rep. 2016; 6: 24474. doi: 10.1038/srep24474.
67. El-Fiqi A, Lee JH, Lee EJ, Kim HW. Collagen hydrogels incorporated with surface-aminated mesoporous nanobioactive glass: improvement of physicochemical stability and mechanical properties is effective for hard tissue engineering. Acta Biomater. 2013; 9: 9508–9521. doi: 10.1016/j.actbio.2013.07.036.
68. Hersel U, Dahmen C, Kessler H. RGD modified polymers: biomaterials for stimulated cell adhesion and beyond. Biomaterials. 2003; 24: 4385–4415. doi: 10.1016/ S0142-9612(03)00343-0.
69. Sargeant TD, Desai AP, Banerjee S, Agawu A, Stopek JB. An in situ forming collagen-PEG hydrogel for tissue regeneration. Acta Biomater. 2012; 8: 124–132. doi: 10.1016/j.actbio.2011.07.028.
70. El-Fiqi A, Lee JH, Lee EJ, Kim HW. Collagen hydrogels incorporated with surface-aminated mesoporous nanobioactive glass: improvement of physicochemical stability and mechanical properties is effective for hard tissue engineering. Acta Biomater. 2013; 9: 9508–9521. doi: 10.1016/j.actbio.2013.07.036.
71. Gaharwar AK, Mihaila SM, Swami A, Patel A, Sant S, Reis RL et al. Bioactive silicate nanoplatelets for osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells. Adv Mater. 2013; 25: 3329–3336. doi: 10.1002/ adma.201300584.
72. Shin SR, Bae H, Cha JM, Mun JY, Chen YC, Tekin H et al. Carbon nanotube reinforced hybrid microgels as scaffold materials for cell encapsulation. ACS Nano. 2011; 6 (1): 362–372. doi: 10.1021/nn203711s.
73. Zhao L, Weir MD, Xu HH. An injectable calcium phosphate-alginate hydrogel-umbilical cord mesenchymal stem cell paste for bone tissue engineering. Biomaterials. 2010; 31 (25): 6502–6510. doi: 10.1016/j.biomaterials.2010.05.017.
74. Xavier JR, Thakur T, Desai P, Jaiswal MK, Sears N, Cosgriff-Hernandez E et al. Bioactive nanoengineered hydrogels for bone tissue engineering: a growth-factor-free approach. ACS nano. 2015; 9: 3109–3118. doi: 10.1021/ nn507488s.
75. Gaharwar AK, Dammu SA, Canter JM, Wu CJ, Schmidt G. Highly Extensible, Tough and Elastomeric Nanocomposite Hydrogels from Poly(ethyleneglycol) and Hydroxyapatite Nanoparticles. Biomacromolecules. 2011; 12 (5): 1641–1650. doi: 10.1021/bm200027z.
76. Тихонов АА, Кукуева ЕВ, Евдокимов ПВ, Климашина ЕС, Путляев ВИ, Щербаков ИМ и др. Синтез замещенного октакальциевого фосфата для наполнения композитных имплантатов на основе полимерных гидрогелей, сформированных стереолитографической 3D-печатью. Неорганические материалы. 2018; 54 (10): 1123–1132. Tikhonov AA, Kukueva EV, Evdokimov PV, Klimashina ES, Putlyaev VI, Shcherbakov IM et al. Synthesis of substituted octacalcium phosphate for filling composite implants based on polymer hydrogels produced by stereolithographic 3D printing. Inorganic Materials. 2018; 54 (10): 1062–1070. doi: 10.1134/ S0020168518100175.
77. Bose S, Tarafder S. Calcium phosphate ceramic systems in growth factor and drug delivery for bone tissue engineering: a review. Acta Biomater. 2011; 8 (4): 1401– 1421. doi: 10.1016/j.actbio.2011.11.017.
78. Dapporto M, Sprio S, Fabbi C, Figallo E, Tampieri A. A novel route for the synthesis of macroporous bioceramics for bone regeneration. Journal of the European Ceramic Society. 2016; 36 (9): 2383–2388. doi: 10.1016/j. jeurceramsoc.2015.10.020.
79. Гажва ЮВ, Бонарцев АП, Мухаметшин РФ, Жаркова ИИ, Андреева НВ, Махина ТК и др. Разработка и исследование in vivo и in vitro костно-пластического материала на основе композиции гидроксиапатита, поли-3-оксибутирата и альгината натрия. Современные технологии в медицине. 2014; 6 (1): 6–13. Gazhva JV, Bonartsev AP, Mukhametshin RF, Zharkova II, Andreeva NV, Makhina TK et al. In vivo and in vitro Development and Study of Osteoplastic Material Based on Hydroxyapatite, Poly-3-Hydroxybutyrate and Sodium Alginate Composition. Sovremennye tehnologii v medicine. 2014; 6 (1): 6–13. ISSN 2076-4243.
80. Dorozhkin SV. Calcium orthophosphate bioceramics. Eurasian Chemico-Technological Journal. 2010; 12 (3– 4): 247–258. doi: 10.1016/j.ceramint.2015.08.004.
81. Сергеева НС, Комлев ВС, Свиридова ИК, Кирсанова ВА, Ахмедова СА, Кувшинова ЕА и др. Оценка композиционных материалов состава альгинат – фосфаты кальция, предназначенных для использования в технологиях прототипирования при замещении костных дефектов in vitro. Вестник травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова. 2015; (1): 28–34. Sergeeva NS, Komlev VS, Sviridova IK, Kirsanova VA, Akhmedova SA, Kuvshinova EA et al. In vitro Evaluation of the Composite Alginate – Calcium Phosphate Materials for Prototyping Technologies in Bone Defects Substitution. Vestnik travmotologii i ortopedii im. N.N. Priorova. 2015; (1): 28–34. ISSN 0869-8678.
82. Tozzi G, De Mori A, Oliveira A, Roldo M. Composite Hydrogels for Bone Regeneration. Materials (Basel). 2016; 9 (4): 267. doi: 10.3390/ma9040267.
83. Kang H-W, Lee SJ, Ko IK, Kengla C, Yoo JJ, Atala A. A 3D bioprinting system to produce human-scale tissue constructs with structural integrity. Nat Biotechnol. 2016; 34: 312–319. doi: 10.1038/nbt.3413.
84. Ларионов ПМ, Садовой МА, Самохин АГ, Рожнова ОМ, Гусев АФ, Принц ВЯ. Создание тканеинженерного эквивалента костной ткани и перспективы его использования в травматологии и ортопедии. Хирургия позвоночника. 2014; (3): 77–85. Larionov PM, Sadovoy MA, Samokhin AG, Rozhnova OM, Gusev AF, Prinz VYa et al. Creation of tissue-engineered living bone equivalent and prospects for its application in traumatology and orthopaedics. Hir Pozvonoc. 2014; (3): 77–85.
85. Мамонов ВЕ, Чемис АГ, Комлев ВС, Берковский АЛ, Голубев ЕМ, Проскурина НВ и др. Биологические характеристики костезамещающей тканеинженерной конструкции на основе кальцийфосфатной керамики, аутологичных мезенхимных стромальных клеток и фибринового гидрогеля. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2015; (4): 52–59. Mamonov VE, Chemis AG, Komlev VS, Berkovskiy AL, Golubev EM, Proskurina NV et al. Biologic Characteristics of Bone Substituting Tissue Engineering Construction Based on Calcium Phosphate Ceramics, Autologous Mesenchymal Stromal Cells and Fibrin Hydrogel. Vestnik travmatologii i ortopedii imeni N.N. Priorova. 2015; (4): 52–59. doi: 10.32414/0869-8678-2015-4-52-59.
86. Петров ИЮ, Ларионов ЕВ, Ипполитов ЮА, Бут ЛВ, Петров АИ. Морфогистохимические исследования остеопластического материала на основе гиалуроновой кислоты, хондроитинсульфата и недеминерализованного костного коллагена для восстановления костных дефектов в эксперименте. Вестник новых медицинских технологий. 2018; 12 (3): 41–46. doi: 10.24411/2075-4094-2018-16038. Petrov IYu, Larionov EV, Ippolitov YuA, But LV, Petrov AI. Morphohistochemical studies of osteoplastic material based on hyaluronic acid, hondroitinsulfate and under-mineralaized bone collagen for bone defects recovery in experiment. Journal of new medical technologies. 2018; 12 (3): 41– 46. doi: 10.24411/2075-4094-2018-16038.
Рецензия
При поддержке: Работа выполнена при поддержке РНФ (грант № 17-79-20427).
Для цитирования:
Дубров В.Э., Климашина Е.С., Щербаков И.М., Шипунов Г.А., Путляев В.И., Евдокимов П.В., Тихонов А.А., Гулько С.В., Зюзин Д.А. Возможности получения и применения биоматериалов на основе гидрогелей для регенерации костной ткани человека. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2019;21(3):141-150. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2019-3-141-150
For citation:
Dubrov V.E., Klimashina E.S., Scherbakov I.M., Shipunov G.A., Putlayev V.I., Evdokimov P.V., Tikhonov A.A., Gulko S.V., Zyuzin D.A. Possibilities of obtaining and using hydrogel-based biomaterials for regeneration of human bone tissue. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2019;21(3):141-150. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2019-3-141-150
Просмотров: 645
Послать статью по эл. почте 