transplantologiyaТрансплантологияTransplantologiya. The Russian Journal of Transplantation2074-05062542-0909IPO Association of Transplantologists10.23873/2074-0506-2023-15-2-177-187transplantologiya-772Research ArticleПРОБЛЕМНЫЕ АСПЕКТЫPROBLEMATIC ASPECTSОптимизация методики изготовления костно-пластического материала на основе коллагена человека 1-го типа и аллогенной костной крошкиOptimization of the technique for manufacturing the osteoplastic material based on type 1 human collagen and allogeneic bone chipshttps://orcid.org/0000-0003-2170-0009ОфицеровА. А.OfitserovA. A.

Андрей Аркадьевич Офицеров, научный сотрудник отделения биотехнологий и трансфузиологии  25% – разработка дизайна исследования, получение данных для анализа, анализ полученных данных, написание текста рукописи 

129090, Москва, Большая Сухаревская пл., д. 3

Andrey A. Ofitserov, Researcher of the Scientific Department of Biotechnologies and Transfusiology, 25%, study design development, obtaining data for analysis, analysis of the obtained data, writing the text of the manuscript

3 Bolshaya Sukharevskaya Sq., Moscow 129090 

OfitserovAA@sklif.mos.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2184-2982МакаровМ. С.MakarovM. S.

Максим Сергеевич Макаров, канд. биол. наук, старший научный сотрудник отделения биотехнологий и трансфузиологии 25% – разработка дизайна исследования, получение данных для анализа, анализ полученных данных, написание текста рукописи, подготовка обзора публикаций по теме статьи 

129090, Москва, Большая Сухаревская пл., д. 3

Maksim S. Makarov, Сand. Sci. (Biol.), Senior Researcher of the Scientific Department of Biotechnologies and Transfusiology, 25%, study design development, obtaining data for analysis, analysis of the obtained data; writing the text of the manuscript, review of publications on the topic of the article

3 Bolshaya Sukharevskaya Sq., Moscow 129090 

MakarovMS@sklif.mos.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1927-2404СторожеваМ. В.StorozhevaM. V.

Майя Викторовна Сторожева, научный сотрудник отделения биотехнологий и трансфузиологии  15% – получение данных для анализа, анализ полученных данных 

129090, Москва, Большая Сухаревская пл., д. 3

Mayya V. Storozheva, Researcher of the Scientific Department of Biotechnologies and Transfusiology, 15%, obtaining data for analysis, analysis of the obtained data 

3 Bolshaya Sukharevskaya Sq., Moscow 129090 

StorozhevaMV@sklif.mos.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8897-7523БоровковаН. В.BorovkovaN. V.

Наталья Валерьевна Боровкова, д-р мед. наук, заведующая научным отделением биотехнологий и трансфузиологии; доцент кафедры трансплантологии и искусственных органов 25% – разработка дизайна исследования, анализ полученных данных, написание текста рукописи 

129090, Москва, Большая Сухаревская пл., д. 3;117997, Москва, ул. Островитянова, д. 1

Natalya V. Borovkova, Dr. Sci. (Med.), Head of the Scientific Department of Biotechnologies and Transfusiology; Associate Professor of the Department of Transplantology and Artificial Organs, 25%, study design development, analysis of the obtained data, writing the text of the manuscript 

3 Bolshaya Sukharevskaya Sq., Moscow 129090; 1 Ostrovityanov St., Moscow 117997

BorovkovaNV@sklif.mos.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2523-6939ПономаревИ. Н.PonomarevI. N.

Иван Николаевич Пономарев, канд. мед. наук, старший научный сотрудник отделения биотехнологий и трансфузиологии 10% – получение данных для анализа, анализ полученных данных 

129090, Москва, Большая Сухаревская пл., д. 3

Ivan N. Ponomarev, Cand. Sci. (Med.), Senior Researcher of the Scientific Department of Biotechnologies and Transfusiology, 10%, obtaining data for analysis, analysis of the obtained data 

3 Bolshaya Sukharevskaya Sq., Moscow 129090 

PonomarevIN@sklif.mos.ruГБУЗ «НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского ДЗМ»РоссияN.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency MedicineRussian FederationГБУЗ «НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского ДЗМ»; ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФРоссияN.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine; N.I. Pirogov Russian National Research Medical UniversityRussian Federation202321062023152177187Copyright © Офицеров А.А., Макаров М.С., Сторожева М.В., Боровкова Н.В., Пономарев И.Н., 20232023Офицеров А.А., Макаров М.С., Сторожева М.В., Боровкова Н.В., Пономарев И.Н.Ofitserov A.A., Makarov M.S., Storozheva M.V., Borovkova N.V., Ponomarev I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.jtransplantologiya.ru/jour/article/view/772

Введение. Изделия на основе костной крошки и коллагена считаются перспективными при лечении дефектов кости. При этом оптимальная методика получения таких трансплантатов не выработана. Цель. Оптимизировать методику получения костно-пластического материала на основе аллогенного коллагена 1-го типа и костной крошки. Материал и методы. Исследовали образцы костно-пластического материала, полученные с использованием аллогенной костной крошки диаметром 180–800 мкм и раствора коллагена человека 1-го типа в уксусной кислоте. Оценивали общую структуру трансплантатов, сохранность коллагена в их составе, проводили морфофункциональный анализ клеток человека линии М-22 в условиях контакта с образцами костнопластического материала разных типов. Результаты. Процедуры производства костно-пластического материала значимо не влияют на качество коллагена в его составе, при этом лиофилизированные трансплантаты обладают выраженной ацидогенностью и токсичностью в культуре клеток. Вымачивание костно-пластического материала в изотоническом растворе хлорида натрия (0,9% NaCl) в течение 30 минут и более позволяет получить трансплантаты, не токсичные для клеток in vitro. В зависимости от концентрации коллагена и размера костной крошки адгезивные свойства готовых костно-пластических материалов заметно варьировали. Выводы. Костно-пластический материал на основе костной крошки и золя коллагена, выделенного методом кислотной экстракции, in vitro обладает ацидогенностью и токсичностью, которую можно устранить путем его вымачивания в изотоническом растворе хлорида натрия. В зависимости от концентрации коллагена и размера костной крошки можно получать биосовместимые образцы костно-пластического материала с высокой и низкой адгезивностью для клеток.

Introduction. Biological grafts, including bone chips and collagen, are supposed to be promising in the treatment of bone tissue treatment. Nevertheless, manufacturing of these grafts still needs to be standardized. Aim. To optimize methodology of osteoplastic material production, based on allogenic 1 type collagen and bone chips. Material and methods. Osteoplastic material grafts were produced, using with allogeneic bone chips 180-800 µm and type 1 collagen solution in acidic acid. We studied total integrity of graft, collagen quality, morphofunctional properties of line M-22 human cells interacting with different type of osteoplastic material grafts. Results. Procedures for manufacturing the osteoplastic material did not significantly affect the quality of collagen in its composition, while lyophilized grafts had pronounced acidogenic and toxic effects in cell culture. Soaking osteoplastic material in isotonic solution for 30 min or longer increased its biocompatibility in vitro. Adhesion properties of osteoplastic material widely varied depending on collagen concentration and bone chips size. Conclusion. Osteoplastic material prepared with allogeneic bone chips of 180–800 µm and collagen solution in acidic acid had pronounced acidogenic and toxic effects in vitro that could be considerably reduced by soaking in isotonic solution. Varying the collagen concentration and the size of bone chips one could produce biocompatible osteoplastic material grafts with high and low adhesion properties.

костно-пластический материалколлагенбиосовместимостьклеткипролиферативная активностьosteoplastic materialcollagenbiocompatibilitycellsproliferation activityReferencesКирилова И.А., Баитов В.С., Подорожная В.Т., Почуева Н.Ю. Морфологическая картина остеогенеза в эксперименте при использовании костно-пластического материала "КОСТМА". Хирургия позвоночника. 2007;(4):58–61.Kirilova IA, Baitov VS, Podorozhnaya VT, Pochueva NYu. Morphological presentation of osteogenesis in experimental application of KOSTMA osteoplastic material. Hir Pozvonoc. 2007;(4):58–61. (In Russ.).Кирилова И.А., Подорожная В.Т., Ардашев И.П., Черницов С.В. Различные виды костнопластических материалов для восстановления костной структуры. Политравма. 2008;(4):60–64.Kirilova IA, Podorozhnaya VT, Ardashev IP, Chernitsov SV. Different kinds of osteoplastic materials for bone structure restoration. Polytrauma. 2008;(4):60–64. (In Russ.).Walsh WR, Oliver RA, Christou C, Lovric V, Walsh ER, Prado GR, et al. Critical size bone defect healing using collagen–calcium phosphate bone graft materials. PLoS ONE. 2017;12(1):e0168883. PMID: 28045946 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0168883Walsh W, Oliver RA, Christou C, Lovric V, Walsh ER, Prado GR, Haider T. Critical size bone defect healing using collagen–calcium phosphate bone graft materials. PLoS ONE. 2017;12(1):e0168883. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0168883Yoshida K, Sumita Y, Marukawa E, Harashima M, Asahina I. Effect of platelet-rich plasma on bone engineering with an alloplastic substitute containing BMP2. Biomed Mater Eng. 2013;23(3):163–172. PMID: 23629530 https://doi.org/10.3233/BME-130741Yoshida K, Sumita Y, Marukawa E, Harashima M, Asahina I. Effect of platelet-rich plasma on bone engineering with an alloplastic substitute containing BMP2. Biomed Mater Eng. 2013;23(3):163–172. https://doi.org/10.3233/BME-130741Tanaka H, Toyoshima T, Atsuta I, Ayukawa Y, Sasaki M, Matsushita Y, et al. Additional effects of plateletrich fibrin on bone regeneration in sinus augmentation with deproteinized bovine bone mineral: preliminary results. Implant Dent. 2015;24(6):669–674. PMID: 26204169 https://doi.org/10.1097/ID.0000000000000306Tanaka H, Toyoshima T, Atsuta I, Ayukawa Y, Sasaki M, Matsushita Y, et al. Additional effects of platelet-rich fibrin on bone regeneration in sinus augmentation with deproteinized bovine bone mineral: preliminary results. Implant Dent. 2015;24(6):669–674. https://doi.org/10.1097/ID.0000000000000306Civinini R, Macera A, Nistri L, Redl B, Innocenti M. The use of autologous blood-derived growth factors in bone regeneration. Clin Cases Miner Bone Metab. 2011;8(1):25–31. PMID: 22461800Civinini R, Macera A, Nistri L, Redl B, Innocenti M. The use of autologous blood-derived growth factors in bone regeneration. Clin Cases Miner Bone Metab. 2011;8(1):25–31.Zhang L, Zhou Y, Su D, Wu S, Zhou J, Chen J. Injectable, self-healing and pH responsive stem cell factor loaded collagen hydrogel as a dynamic bioadhesive dressing for diabetic wound repair. J Mater Chem B. 2021;9(29):5887–5897. PMID: 34259303 https://doi.org/10.1039/d1tb01163dZhang L, Zhou Y, Su D, Wu S, Zhou J, Chen J. Injectable, self-healing and pH responsive stem cell factor loaded collagen hydrogel as a dynamic bioadhesive dressing for diabetic wound repair. J Mater Chem B. 2021;9(29):5887–5897. https://doi.org/10.1039/d1tb01163dKane RJ, Weiss-Bilka HE, Meagher MJ, Liu Y, Gargac JA, Niebur GL, et al. Hydroxyapatite reinforced collagen scaffolds with improved architecture and mechanical properties. Acta Biomater. 2015;17:16–25. PMID: 25644451 https://doi.org/10.1016/j.actbio.2015.01.031Kane RJ, Weiss-Bilka HE, Meagher MJ, Liu Y, Gargac JA, Niebur G, et al. Hydroxyapatite reinforced collagen scaffolds with improved architecture and mechanical properties. Acta Biomater. 2015;17:16–25. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2015.01.031Jain G, Blaauw D, Chang SJ. A comparative study of two bone graft Substitutes-InterOss® collagen and OCS-B collagen®. J Funct Biomater. 2022;13(1):28. PMID: 35323228 https://doi.org/10.3390/jfb13010028Jain G, Blaauw D, Chang SJ. A comparative study of two bone graft Substitutes-InterOss® collagen and OCS-B collagen®. Funct Biomater. 2022;13(1):28. https://doi.org/10.3390/jfb13010028Fan Q, Zeng H, Fan W, Wu T, Sun J, Yan Q, et al. Ridge preservation of a novel extraction socket applying Bio-Oss® collagen: an experimental study in dogs. J Dent Sci. 2021;16(3):831–839. PMID: 34141096 https://doi.org/10.1016/j.jds.2021.03.005Fan Q, Zeng H, Fan W, Wu T, Sun J, Yan Q, et al. Ridge preservation of a novel extraction socket applying BioOss® collagen: an experimental study in dogs. J Dent Sci. 2021;16(3):831–839. https://doi.org/10.1016/j.jds.2021.03.005Ваза А.Ю., Файн А.М., Боровкова Н.В., Галанкина И.Е., Макаров М.С., Забавская О.А. и др. Первый опыт использования разработанных модифицированных аллогенных костных трансплантатов при хирургическом лечении пациентов с тяжелыми переломами хирургической шейки плечевой кости. Журнал им. Н.В. Склифосовского «Неотложная медицинская помощь». 2021;10(1):83–90. https://doi.org/10.23934/2223-9022-2021-10-1-83-90Vaza AYu, Fain AM, Borovkova NV, Galankina IE, Makarov MS, Zabavskaya OA, et al. The first experience of using the developed modified allogenic bone grafts in the surgical treatment of patients with severe fractures of the surgical neck of the humerus. Russian Sklifosovsky Journal "Emergency Medical Care". 2021;10(1):83–90. (In Russ.). https://doi.org/10.23934/2223-9022-2021-10-1-83-90Ваза А.Ю., Файн А.М., Иванов П.А., Клюквин И.Ю., Сластинин В.В., Боровкова Н.В. и др. Анализ применения различных вариантов костной пластики у пострадавших с внутрисуставными переломами. Трансплантология. 2015;(4):6–12.Vaza AYu, Fain AM, Ivanov PA, Klyukvin IYu, Slastinin VV, Borovkova NV, et al. Analysis of the application of different bone grafting procedures in patients with intra-articular fractures. Transplantologiya. The Russian Journal of Transplantation. 2015;(4):6 12. (In Russ.).Ермолов А.С., Смирнов С.В., Хватов В.Б., Истранов Л.П., Конюшко О.И., Колокольчикова Е.Г. и др. Применение биологически активных раневых покрытий, стимулирующих регенерацию эпителия ожоговых ран IIIа степени. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2008;(3):166–170.Ermolov AS, Smirnov SV, Khvatov VB, Istranov LP, Koniushko OI, Kolokolchikova EG, et al. The use of bioactive wound dressing, stimulating epithelial regeneration of IIIa-degree burn wounds. Bull Exp Biol Med. 2008;146(1):153–157. (In Russ.). https://doi.org/10.1007/s10517-008-0225-0Хватов В.Б., Свищев А.В., Ваза А.Ю., Боровкова Н.В., Миронов А.С., Похитонов Д.Ю. и др. Способ изготовления лиофилизированного аллотрансплантата кости. Трансплантология. 2016;(1):13–18.Khvatov VB, Svishchev AV, Vaza AYu, Borovkova NV, Mironov AS, Pokhitonov DYu, et al. Method of manufacturing a lyophilized allograft bone. Transplantologiya. The Russian Journal of Transplantation. 2016;(1):13–18. (In Russ.).Макаров М.С., Сторожева М.В., Боровкова Н.В., Пономарев И.Н. Ростстимулирующий эффект тромбоцитарных препаратов, полученных разными способами, в культуре фибробластов человека. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2022;(3):183–188. https://doi.org/10.47056/1814-3490-2022-3-183-188Makarov MS, Storozheva MV, Borovkova NV, Ponomarev IN. Growth-stimulating effect of platelet preparations obtained by different methods on human fibroblast culture. Bull Exp Biol Med. 2022;174(1):159–163. (In Russ.). https://doi.org/10.1007/s10517-022-05666-1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.