Введение к работе
Актуальность проблемы.
В настоящее время наиболее распространенными высокотехнологичными хирургическими подходами к восстановлению поврежденных органов являются реконструктивная хирургия и трансплантация органов. С их помощью спасены миллионы жизней, но они имеют принципиальные ограничения, Биомедицннские конструкции, как правило, не могут полностью заменить живую ткань, а главные проблемы трансплантологии - дефицит пригодных для пересадки органов и иммунологическая несовместимость реципиента и донора. Эти ограничения поставили на повестку дня исследования в области тканевой инженерии (ТИ) как более эффективного метода структурного и функционального восстановления органов и тканей.
ТИ - одна из новых и очень перспективных биомедицинских технологий, позволяющих индуцировать и/или ускорять регенерацию поврежденных тканей, а также проводить замещение дефектных органов или их частей. В то же время ТИ -это современная медицинская методология, основанная на использовании естественной способности организма пациента к восстановлению. Согласно определению, ТИ - это процесс создания трехмерных структур, способных выполнять функции той или иной естественной ткани организма, на основе комбинации клеток и носителей (скэффолдов), а также прочих факторов, оказывающих влияние на рост клеток, их дифференцировку и организацию экстрацеллюлярного матрикса [Tortelli and Cancedda, 2009].
Одним из наиболее востребованных и, следовательно, интенсивно развиваемых направлений ТИ является терапия костных дефектов [d'Aquino et al., 2009]. Дефекты костной ткани, возникающие в результате травм, хирургических вмешательств, а также вследствие различных заболеваний, во многих случаях приводят к функциональной недостаточности опорно-двигательного аппарата, тем самым существенно снижая качество жизни. Практически во всех случаях в зоне поражения формируется значительный косметический дефект. Актуальность проблемы
репарации костной ткани связана также с увеличением встречаемости остсодсгенеративных заболеваний, особенно в развитых странах.
ТИ любой ткани возможна лишь при наличии по крайней мере двух исходных компонентов - клеток-родоначальниц ее паренхиматозных элементов и биосовместимого материала для создания трехмерного скэффолда, в пределах которого протекают процессы гисто- и морфогенеза. В идеале материал скэффолда должен имитировать свойства межклеточного вещества и составлять часть «микрониши», т.е. непосредственного окружения клеток, создающего адекватные условия для их пролиферации и/или дифференцировки в нужном направлении, а также для осуществления нормальных функций после дифференцировки, в том числе продукции межклеточного вещества.
В качестве клеточного материала для заселения скэффолдов чаще всего используют аутологичные мезенхимальные стволовые клетки, изолированные из костного мозга [Costa-Pinto et al., 2009] или жировой ткани [Haimi et al., 2009] и размноженные в культуре. К сожалению, в течение жизни эти клетки, подобно всем другим клеткам человеческого организма, стареют [Bellantuono et al., 2009] и подвергаются воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, что приводит к накоплению соматических мутаций и снижению пролиферативного и остсогенного потенциала [Cancedda et al., 2003]. Эффективный путь решения этой проблемы - применение аутологичных остеогенных клеток пульпы молочного зуба, которые после выделения и экспансии в культуре могут до момента их использования храниться в жидком азоте в криобанке.
Цель исследования.
Целью данного исследования явилась сравнительная характеристика мезенхимальных клеток пульпы молочного зуба и мезенхимальных стромальных клеток костного мозга человека и оценка возможности применения пульпы молочного зуба в качестве источника клеточного материала для тканевой инженерии кости.
Задачи исследования.
-
Получить культуры мезенхимальных клеток (МК) пульпы молочного зуба и мезенхимальных стромальных клеток (МСК) костного мозга человека.
-
Сравнить цитофенотипические профили полученных культур.
-
Сравнить способность исследуемых клеток к адипогенной и остеогенной дифференцировке.
-
Отработать методику культивирования изучаемых клеток на биодеградируемых скэффолдах.
-
Оценить возможность остеогенной дифференцировки МК пульпы молочного зуба, культивируемых на трехмерных скэффолдах.
Научная новизна.
Впервые осуществлена фенотипическая характеристика первичных культур МК пульпы молочного зуба в сравнении с МСК костного мозга, выявившая различия в их фенотипических профилях.
Впервые показана возможность создания тканеинженерных конструкций на основе мезенхимальных клеток человека и биодеградируемого полилактндного скэффолда, полученного методом селективного лазерного спекания.
Впервые показано, что МК пульпы молочного зуба способны к остеогенной дифференцировке в составе тканеинженерного комплекса с полилактидным скэффолдом, изготовленным методом селективного лазерного спекания.
Практическая значимость.
Полученные результаты обосновывают возможность применения МК пульпы молочного зуба в качестве клеточного материала в тканевой инженерии кости.
Созданные на базе разрабатываемой технологии тканеинженерные комплексы могут найти широкое применение в травматологии, онкологии, стоматологии и многих других областях современной медицины в случаях необходимости восстановления костных дефектов.
Показано, что пульпа молочного зуба является доступным источником большого количества клеток, обладающих остеогенным потенциалом. Закладка МК пульпы
молочного зуба в криобанки позволит значительно расширить круг людей, имеющих возможность в течение жизни использовать аутологичные мультипотентные клетки.
Апробация диссертации.
Материалы диссертации были представлены на V, VI и VII ежегодных конференциях «Стволовые клетки и перспективы их использования в здравоохранении» (Москва, 2006-2008), британско-российском совещании в сотрудничестве с Европейской Комиссией «Стволовые клетки: законодательство, исследования и инновации. Международные перспективы сотрудничества» (Москва, 2007), конференции «Аутологичные стволовые и прогениторные клетки: экспериментальные и клинические достижения» (Москва, 2008), а также V Конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2008).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ: 4 статьи в рецензируемых научных журналах и 6 публикаций в материалах научных конференций.
Структура и объем диссертации.
