cellTranspl.ru - A role of multipotential mesenchymal stromal cells in tissue engineering constructions based on skeleton of natural corals and synthetic biomaterials for bone defects substitution on animals

A role of multipotential mesenchymal stromal cells in tissue engineering constructions based on skeleton of natural corals and synthetic biomaterials for bone defects substitution on animals

HTML,

PDF, Volume IV, №4, 2009

Sergeeva N.S.¹, Frank G.A.¹, Sviridova I.K.¹, Kirsanova V.A.¹, Akhmedova S.A.¹, Antochin A.I.²

1. Moscow P.A. Herzen Research Oncological Institute, Russia
2. GOU VPO «Russian Goverment Medical University Minsotchrasvitia»

Keywords:
MMSC, tissue-engineering constructions, bone defects, biomaterials

Rating: 0.00 Rate article: 1 2 3 4 5 Views: 260, comments: 0

The aim of this study to analyze osteogenesis mechanisms in case of bone defects substitution by artificial and natural biomaterials, either pure or in part of TsECs with autologous MMSCs. There were used granulated (rats) and single-part (sheep) synthetic biomaterials (porous carbonathydroxyapatite (СНА) based bioceramics, biocomposite (highporous matrix of middlemolecular chytosan, armored by СНА)), and natural coral (NO Acropora sp. Limited (rat tibia osteothomy) and critical (segmental sheep femur resection) bone defects were made. Autologous animals MMSCs (II—IV passages) were transferred on materials samples and cultivated for 7—10 (rats) and 14— 21 (sheep) days. All surgical operations were performed using total anaesthesia. In established time-points animals were excluded of experiment. The defect area were fixed and decalcified. Histological sections were stained by hemathoxylin-eosinum and investigated using light-microscopy. The bone defect are closing by means of periosteal ostheogenesis and finishing during 6—12 months using listed above materials. A compact bone tissue (rats) is being formed during Э weeks after surgical action. In terms of Б months NC is substituting for compact bone tissue with formation of organotypical structures (osteons). The using of TsECs with autologous MMSCs accelerate reparative regeneration processes significantly due to both periosteal and enchondral osteogenesis mechanisms. The using of TsECs based on artificial ceramic, composite and natural materials with autologous MMSCs in granulated or single-part implants significantly decreases the time of bone defect substitution. It is result of periosteal as well as enchondral osteogenesis and leads to new de novo bone formation in whole defect volume and, finally, to organotypical substitution of defect.

1. El-Ghannam A. Bone reconstruction: from bioceramics to tissue engineering. Expert. Rev. Med. Devices. 2005; 2(l): 87-101
2. Баринов СМ., Комлев B.C. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М., Наука; 2005.
3. Карпцов В.И., Анисимов А.И., Емельянов В.Г. Использование деминерализованной аллокости при комплексном лечении нарушений репаративного остеогенеза. Деминерализованный костный трансплантат и его применение. - СПб.: ППМИ; 1ЭЭЗ: 129-34.
4. Сычев А.Е., Вадченко С.Г., Камынина O.K. и др. Пористые материалы на основе сплавов титана и кобальта для гибридных имплантатов. Клеточные технологии в биологии и медицине 2009; 1: 52-58.
5. Хенч П., Джонс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей. М.: Техносфера; 2007.
6. В. Решетов И.В., Чиссов В.И. Пластическая и реконструктивная микрохирургия в онкологии. Атлас-монография. М.; 2001.
7. Caplan A.I. Review: mesenchymal stem cells: cell-based reconstructive therapy in orthopedics. Tissue Eng. 2005; 11 [7-8]: 1198-211.
8. Шишацкая Е.И., Камендов И.В., Старосветский СИ. Исследование остеопластических свойств матриксов из резорбируемого эфира гидроксимасляной кислоты. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2008; ЗС4): 41-7.
9. Мелихова B.C., Сабурина А.А., Орлов А.А. и др. Моделирование функционального остеогенеза с использованием биодеградируемого матрикса и аутогенных стромальных клеток подкожной жировой ткани. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2009; 4(11: 59-68.
10. Habibovic P., de Groot К. Osteoinductive biomaterials - properties and relevance in bone repair. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2007; 1 Ш: 25-32.
11. MansurA.A., Mansur H.S. Preparation and characterization of 3D porous ceramic scaffolds based on portland cement for bone tissue engineering. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2009; 20С1П: 497-505.
12. Чиссов В.И., Сергеева Н.С, Решетов И.В. и др. Клеточные технологии в замещении тканевых дефектов в онкологии. Вестник РАМН 2006; 6: 34-8.
13. Чиссов В.И., Свиридова И.К., Сергеева Н.С. и др. Изучение in vivo биосовместимости и динамики замещения дефекта голени у крыс пористыми гранулированными биокерамическими материалами Клеточные технологии в биологии и медицине 2008; 3: 151-6.
14. Сергеева Н.С, Свиридова И.К., Решетов И.В. и др. Разработка биоинженерных конструкций на основе аутологичных мезенхимальных стволовых клеток [МСЮ и 3D материалов - матриксов синтетических и природного происхождения с целью восстановления костных дефектов у экспериментальных животных. Материалы III Всероссийского симпозиума с международным участием «Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии». 2007; 25-26 апреля, Москва, Россия, 41-2.
15. Чиссов В.И., Сергеева Н.С, Баринов СМ. и др. Натуральные материалы [скелет кораллов Асгорога] как стандарт для нового поколения керамических материалов для биоинженерных конструкций с аутологичными мезенхимальными мультипотентными стромальными клетками (ММСК) для замещения костных дефектов. Тезисы VIII Международной конференции «Высокие технологии XXI века». 2008; 26 октября - 2 ноября, Бенидорм, Испания.
16. Vallet-RegH М., Gonzales-Calbert J.M. Calcium phosphates as substitution of bone tissue. Progr. Solid State Chem. 2004; 32: 1-31.
17. Barinov S.M., Bibikov V.Yu., Durisin J. et al. Sintering of porous carbonated apatite bioceramics. J. Powder Metallurgical Progress. 2004; 4 [23: 96-102.
18. Bakunova N.V., Komlev V.S., Fedotov A.Yu. et al. A method to fabricate porous carbonated hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering. J. Powder Metallurgy Progress. 2008.
19. Баринов СМ., Смирнов В.В., Фадеева И.В. и др. Шихта для карбонат гидроксиапатитовой керамики. Положительное решение по заявке № 2004138284 на патент РФ.
20. Федотов А.Ю., Смирнов В.В., Фомин А.С. и др. Пористые хитозановые матриксы, армированные биоактивными соединениями кальция. Доклады Академии Наук 2008; 423С6): 1-3.
21. Федотов А.Ю. Высокопористые композиционные материалы для замещения костных дефектов в онкологической хирургии и ортопедии. Перспективные материалы 2008; 5: 363-6.
22. Микроскопическая техника: руководство для врачей-лаборантов. Под ред. Д.С. Саркисова, Ю.Л. Перова. М.: Медицина. 1996: 460-462.
23. Денисов-Никольский Ю.И., Миронов СП., Омельяненко Н.П. Актуальные проблемы теоретической и клинической остеоартрологии. М.; 2005.