Возможности химической и физической модификации поверхности трансплантатов на основе кортикальной кости с целью повышения их адгезивной привлекательности для клеток человека

Актуальность. Способность клеток к активной адгезии на костном трансплантате увеличивает его репаративные и регенеративные свойства. Нативная кортикальная кость обладает очень низкой биологической кондуктивностью, что резко затрудняет миграцию и адгезию клеток. Для повышения биокондуктивных свойств костных трансплантатов могут быть использованы различные способы модификации поверхности кости.

Цель. Оценить адгезию и пролиферативную активность клеток человека на поверхности трансплантатов кортикальной кости, модифицированной различными способами.

Материал и методы. В работе использовали фрагменты трансплантатов кортикальной кости (ТКК). Для физической модификации внешнюю поверхность костных фрагментов обрабатывали плоским напильником с высокой или с низкой плотностью шлифующих зубьев. Для химической модификации использовали 2н раствор соляной кислоты, 0,005% раствор коллагеназы I, коллагенолитический ферментный препарат «Ферменкол» (0,05 мг/мл). Исследования адгезивности ТКК in vitro проводили на культуре фибробластов человека линии М-22. В лунки культуральных флаконов помещали образцы необработанных ТКК (контроль) и образцы модифицированных ТКК, в каждую лунку вносили суспензию, содержащую 10 тыс. клеток, и культивировали клетки в течение 7 суток.

Результаты. Через 3 суток на контрольных образцах ТКК и ТКК с механической обработкой клетки полностью отсутствовали или выявлялись в очень незначительном количестве. На ТКК, обработанных 2н раствором соляной кислоты в течение 3 и 6 часов, средняя плотность клеток на поверхности ТКК составляла 1,0–1,2 тыс./ см², после обработки ТКК 2н раствором соляной кислоты в течение 12 часов адгезивность ТКК резко снижалась. Наибольшая плотность клеток наблюдалась на ТКК, обработанных 0,005% коллагеназой 1 или препаратом «Ферменкол» в течение 24 часов, которая составляла 2,0–2,5 тыс./см². Через 7 суток культивирования рост клеток полностью отсутствовал на контрольных ТКК, на ТКК, обработанных напильником с высокой плотностью шлифующих зубьев, и ТКК, обработанных 2н раствором соляной кислоты в течение 12 часов. В опытах с коллагеназой 1 и препаратом «Ферменкол», а также в опытах с обработкой 2н раствором соляной кислоты в течение 3 часов на поверхности ТКК наблюдался интенсивный рост клеток, при этом плотность фибробластов человека линии М-22 и их общее число на ТКК увеличивалось в 3–5 раз без нарушения их жизнеспособности.

Выводы. Физическая модификация не позволяет эффективно повысить адгезивность трансплантатов на основе кортикальной кости. При химической модификации ТКК плотность клеток через 3 и 7 суток после посева зависит от продолжительности воздействия химического агента. Для повышения адгезивности кортикальную кость оптимально обрабатывать 2н раствором соляной кислоты в течение 3 часов, 0,005% раствором коллагеназы 1 или препаратом «Ферменкол» (0,05 мг/мл) в течение 24 часов.

1. Liu J, Yang L, Zhang H, Zhang JY, Hu YC. Effects of allogeneic bone substitute configurations on cell adhesion process in Vitro. Orthop Surg. 2023;15(2):579–590. PMID: 36453151 https://doi.org/10.1111/os.13395

2. Sanz-Herrera JA, Reina-Romo E. Cell-biomaterial mechanical interaction in the framework of tissue engineering: insights, computational modeling and perspectives. Int J Mol Sci. 2011;12(11):8217–8244. PMID: 22174660 https://doi.org/10.3390/ijms12118217

3. Кирилова И.А., Подорожная В.Т., Шаркеев Ю.П., Николаев С.В., Пененко А.В., Уваркин П.В. и др. Свойства деминерализованного костного матрикса для биоинженерии тканей. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2017;(3):25–36. https://doi.org/10.17802/2306-1278-2017-6-3-25-36

4. Corliss B, Gooldy T, Vaziri S, Kubilis P, Murad G, Fargen K. Complications after in vivo and ex vivo autologous bone flap storage for cranioplasty: a comparative analysis of the literature. World Neurosurg. 2016;96:510–515. PMID: 27647038 https://doi.org/10.1016/j.wneu.2016.09.025

5. van de Vijfeijken SECM, Münker TJAG, Spijker R, Karssemakers LHE, Vandertop WP, Becking AG, et al. CranioSafe Group. Autologous bone is inferior to alloplastic cranioplasties: safety of autograft and allograft materials for cranioplasties, a systematic review. World Neurosurg. 2018;117:443–452. PMID: 29879511 https://doi.org/10.1016/j.wneu.2018.05.193

6. Аврунин А.С., Паршин Л.К., Аболин А.Б. Взаимосвязь морфофункциональных изменений на разных уровнях иерархической организации кортикальной кости при старении. Морфология. 2006;129(3):22–29.

7. Chen S, Guo Y, Liu R, Wu S, Fang J, Huang B, et al. Tuning surface properties of bone biomaterials to manipulate osteoblastic cell adhesion and the signaling pathways for the enhancement of early osseointegration. Colloids Surf B Biointerfaces. 2018;164:58–69. PMID: 29413621 https://doi.org/10.1016/j.col-surfb.2018.01.022

8. Shirosaki Y, Furuse M, Asano T, Kinoshita Y, Kuroiwa T. Skull bone regeneration using chitosan-siloxane porous hybrids-long-term implantation. Pharmaceutics. 2018;10(2):70. PMID: 29890682 https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10020070

9. Кулаков А.А., Григорьян А.С. Реакция тканевых элементов кости на имплантацию синтетических биорезорбируемых материалов на основе молочной и гликолевой кислот. Стоматология. 2014;93(4):4–7.

10. Ваза А.Ю., Файн А.М., Боровкова Н.В., Титов Р.С., Миронов А.С., Каулен В.Д. и др. Аллогенный комбинированный костный трансплантат для лечения сложных переломов проксимального отдела плечевой кости, способ его получения. Патент на изобретение RU 2721873 C1, заявка 2019124307, 31.07.2019, опубл. 25.05.2020, Бюл. № 15. 15 с. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/39/17/51/3a4b03498923c2/RU2721873C1.pdf [Дата обращения 3 октября 2025 г.].

11. Makarov MS, Storozheva MV, Borovkova NV. Collagen fiber autofluorescence level in evaluating the biological properties of tissue grafts. Modern Technologies in Medicine. 2017;9(2):83–90. https://doi.org/10.17691/stm2017.9.2.10

12. Costa DO, Prowse PD, Chrones T, Sims SM, Hamilton DW, Rizkalla AS, et al. The differential regulation of osteoblast and osteoclast activity by surface topography of hydroxyapatite coatings. Biomaterials. 2013;34(30):7215–7226. PMID: 23830579 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.06.014

13. Bohner M, Santoni BLG, Döbelin N. Beta-tricalcium phosphate for bone substitution: Synthesis and properties. Acta Biomater. 2020;113:23–41. PMID: 32565369 https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.06.022

14. Yi G, Zhang S, Ma Y, Yang X, Huo F, Chen Y, et al. Matrix vesicles from dental follicle cells improve alveolar bone regeneration via activation of the PLC/PKC/MAPK pathway. Stem Cell Res Ther. 2022;13(1):41. PMID: 35093186 https://doi.org/10.1186/s13287-022-02721-6

15. Часнойть А.Ч., Жилинский Е.В., Серебряков А.Е., Тимошок Н.Ю. Оценка противорубцовой эффективности препарата ферменкол®. Медицинские новости. 2015;(11):36–40.

16. Вертиева Е.Ю., Олисова О.Ю., Кочергин Н.Г., Пинсон И.Я. Обзор патогенетических механизмов и методов коррекции рубцов. Российский журнал кожных и венерических болезней. 2015;18(1):51–57.

17. Макаров М.С., Хватов В.Б., Конюшко О.И., Боровкова Н.В., Сторожева М.В., Пономарев И.Н. Метод морфофункциональной оценки клеточного компонента биотрансплантатов. Патент на изобретение RU 2484472 C1. Заявка 2012114625/15, 13.04.2012, опубл. 10.06.2013. Бюл. № 16. 13 с. URL: https://patenton.ru/patent/RU2484472C1.pdf [Дата обращения 3 октября 2025 г.].

18. Аврунин А.С., Семёнов А.С., Фёдоров И.В., Мельников Б.Е., Докторов А.А., Паршин Л.К. Влияние минеральной связи между объединениями кристаллитов на механические свойства костного матрикса. Моделирование методом конечных элементов. Травматология и ортопедия России. 2013;2(68):72–83.