Остеостимуляция - Osteostimulation

Остеостимуляция это метод, который используется для улучшения заживления кость травмы или дефекты. Однако не было обнаружено, что он значительно эффективен для ускорения заживления костей.[1]

Считается, что он действует за счет активной стимуляции остеобласт распространение и дифференциация, о чем свидетельствует повышенный уровень ДНК синтез и маркеров остеобластов остеокальцина и щелочной фосфатазы. Благодаря ионному обмену Биостекло сначала действует как каркас, вокруг которого формируются новые кости. В естественных условиях исследования показали, что остеостимулирующие свойства приводят к стимуляции и ускорению образования новой кости в костном дефекте. (Разрешение FDA 510 (k), февраль 2006 г. для PerioGlas).

Ostim1.jpg

Костные дефекты, вызванные травмой или хирургическим вмешательством, проходят схожую схему заживления. Через несколько минут после образования дефекта тромбоциты собираются в месте повреждения и прикрепляются к обнаженным волокнам коллагена. Высвобождение содержимого тромбоцитов стимулирует дополнительную агрегацию тромбоцитов и инициирует образование сгустка.1 Это высвобождение также имеет хемотаксический эффект и привлекает различные белые кровяные тельца (лейкоциты) к поврежденным тканям, что вызывает острый воспалительный ответ. Нейтрофилы и другие лейкоциты начинают удалять любые бактерии, инородный материал и мертвые ткани с помощью процесса, известного как фагоцитоз. Воспалительная реакция и другие антигены в ране также привлекают лимфоциты. Эти иммунные клетки высвобождают цитокины, такие как IL-1 и TNF-α, которые могут оказывать множественное действие на дальнейшие физиологические реакции. Например, IL-1 усиливает иммунный ответ, индуцируя пролиферацию Т-клеток, увеличивает фагоцитарную способность моноцитов и макрофагов и вызывает пролиферацию фибробластов. Нарушение кровоснабжения сосудов и последующие клеточные реакции во время воспалительных и иммунных реакций приводят к множественным изменениям в локальной среде, включая снижение pH, содержания кислорода и концентраций ионов кальция, фосфора, калия и натрия. Если эти условия сохраняются, может возникнуть хроническая воспалительная реакция, приводящая к обширному разрушению тканей.2 Что касается материалов имплантата, хроническое воспаление и реакции на инородное тело связаны с развитием фиброзной капсулы вокруг имплантата. Цель трансплантата - помочь заживлению тканей.

Сдерживая изменения pH и ионной концентрации3Биостекло может уменьшить высвобождение или привлечение иммунных клеток, уменьшая продолжительность и степень воспалительной реакции. Косвенные доказательства этого были получены в недавних исследованиях, показывающих снижение TNF-α.4 и эластаз5 уровни в присутствии Bioglass по сравнению с контролями.

Остеостимуляция и pH

В то время как pH нормальной ткани составляет 7,4-7,6, воспалительная реакция может снизить местный pH до 5,5 или ниже из-за поврежденной сосудистой сети и высвобождения различных ферментов во время фагоцитоза.2 Этот кислый pH сам по себе повреждает окружающие ткани и, стимулируя новые воспалительные реакции, продлевает процесс заживления.1 Наоборот, in vitro Тестирование Bioglass показало увеличение местного pH вокруг привитого материала.3Клинические исследования дефектов полости рта и пародонта продемонстрировали снижение уровня воспаления тканей по сравнению с дефектами, трансплантированными с помощью Bioglass.6 Частично это может быть связано с частичной нейтрализацией кислых изменений pH, обычно наблюдаемых во время воспалительного процесса.

Ostim2a.jpg

Остеостимуляция и гемостаз

Было показано, что биостекло обладает кровоостанавливающим действием, уменьшая время свертывания в лабораторных тестах на 25% по сравнению с контролем.7 Хотя фактическое происхождение этого эффекта еще не установлено, две возможные гипотезы - это развитие положительного поверхностного заряда, который образуется на биостекле после имплантации, и высвобождение ионов кальция во время растворения материала. Было показано, что положительный поверхностный заряд способствует свертыванию в ряде моделей. Кроме того, ионы кальция необходимы на нескольких этапах как внутреннего, так и внешнего путей свертывания, а также участвуют в созревании фибриновой сети, развивающейся во время свертывания.1 Продолжающееся физическое присутствие частиц биостекла и пролонгированное высвобождение ионов кальция может действовать для стабилизации образовавшегося сгустка или костной мозоли, способствуя более быстрой васкуляризации участка и обеспечивая активный каркас для восстановления тканей.

Стимуляция и привлечение остеобластов

Присутствие и рекрутирование остеобластов, «костеобразующих» клеток, необходимы для заживления кости. В течение 24 часов после имплантации in vitro Испытания показали, что ионы кальция и фосфора, высвобождаемые из биостекла, осаждаются обратно на частицы в виде поверхностного слоя фосфата кальция.3 Этот слой похож на нормальный минерал кости, создавая поверхность, более благоприятную для прикрепления остеобластов, чем другие синтетические материалы.8 Культуры первичных остеобластов человека показали, что биоактивное стекло стимулирует пролиферацию и дифференциацию остеобластов.9, причем образование кальцинированных костных узелков на поверхности материала наблюдается уже через шесть дней. Кроме того, эти же исследователи также продемонстрировали, что ионные частицы, высвобождаемые во время растворения Bioglass, имеют аналогичный эффект, увеличивая пролиферацию остеобластов.10 Таким образом, частицы биостекла образуют трехмерный пористый каркас с поверхностями, которые стимулируют пролиферацию и прикрепление остеобластов, а также формирование кости.

Рекомендации

  1. ^ Моллон Б., да Силва В., Буссе Дж. В., Эйнхорн Т.А., Бхандари М. (ноябрь 2008 г.). «Электростимуляция для заживления переломов длинных костей: метаанализ рандомизированных контролируемых исследований». J Bone Joint Surg Am. 90 (11): 2322–30. Дои:10.2106 / JBJS.H.00111. PMID  18978400.
  • Ganong WF. Медицинская физиология, Медицинские публикации Ланге, 1985.
  • Парк JB. Биоматериалы: Введение. Plenum Press, Нью-Йорк, 1979.
  • Хенч Л.Л., Вест-Дж. «Биологическое применение биоактивных стекол». Life Chemistry Reports, 13: 187-241, 1996.
  • Ректенвальд Дж. Э., Минтер Р. М., Розенберг Дж. Дж., Гейнс Г. К., Ли С., Молдавер Л. Л. «Биостекло ослабляет провоспалительный ответ при перитонеальном эндотоксикозе мышей. Шок, 17 (2): 135-138, 2002.
  • Хань Дж., Мэн Х., Сюй Л., Чжоу Л. «Противовоспалительное действие биоактивного стекла на внутриклеточные дефекты пародонта человека». J Dent Res, 81 (Spec Issue A): A-129, 2002. (Представлено на Ежегодном собрании IADR, Сан-Диего, Калифорния, март 2002 г.).
  • Шапофф CA, Александр, округ Колумбия, Кларк AE. «Клиническое использование биоактивных стеклянных частиц при лечении костных дефектов человека». Компендиум, 18 (4): 352-354, 356, 358, 1997.
  • Неопубликованный отчет. Данные теста на коагуляцию Ли и Уайта
  • Loty C, Sautier JM, Tan MT, Oboeuf M, Jallot E, Boulekbache H, Greenspan D, Forest N. «Биоактивное стекло стимулирует дифференциацию остеобластов in vitro и создает благоприятный шаблон для образования костной ткани». J Bone Min Res, 16 (2): 231–239, 2001.
  • Xynos ID, Hykkanen MVJ, Batten JJ, Buttery LD, Hench LL, Polak JM. «Bioglass 45S5 стимулирует обмен остеобластов и улучшает формирование кости in vitro: значение и применение для инженерии костной ткани». Calcified Tissue International, 67 (4): 321-329, 2000.
  • Xynos ID, Эдгар А.Дж., Баттери ЛДК, Хенч Л.Л., Полак Дж. М.. «Ионные продукты растворения биоактивного стекла увеличивают пролиферацию остеобластов человека и индуцируют экспрессию мРНК инсулиноподобного фактора роста II и синтез белка». Biochem Biophys Res Comm, 276 (2): 461-465, 2000.