Экспериментальное обоснование способа аутотрансплантации мезенхимальных стволовых клеток для регенерации костной ткани головки бедра

Представлены результаты экспериментальной работы по обоснованию нового способа восстановления костной ткани головки бедренной кости с помощью мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Проведены оперативные вмешательства на 5 собаках, включающие эксфузию костного мозга, получение МСК и их последующую остеогенную дифференцировку, подбор носителя для МСК, создание дефектов головки бедра, имплантацию клеточного продукта в дефект кости. После операций осуществляли наблюдение и уход за экспериментальными животными, а затем выводили их из эксперимента и производили забор биологического материала. Результаты гистологического исследования микропрепаратов головок бедренных костей собак подтверждают образование зрелой костной ткани компактного строения с остеобластами на месте введения МСК. В экспериментальных образцах контрольной группы (без введения МСК) место дефекта выполнено грубоволокнистой остеобластической тканью без формирования костных структур. Полученный экспериментальный материал позволит разработать метод аутотрансплантации МСК для регенеративного восстановления повреждений костной ткани при остеонекрозе головки бедра у взрослых, который будет внедрен в систему практического здравоохранения.

1. Эффективность использования биорезорбируемых материалов для заполнения костных полостей при остеонекрозе головки бедренной кости / В. А. Конев [и др.] // Травматология и ортопедия России. – 2014. – № 3. – С. 28–38.

2. Hernigou, P. Decrease in the mesenchymal stem-cell pool in the proximal femur in corticosteroid-induced osteonecrosis / P. Hernigou, F. Beaujean, J. C. Lambotte // J. Bone Joint Surg. – 1999. – Vol. 81, N 2. – P. 349–355. https://doi.org/10.1302/0301-620x.81b2.8818

3. Klingemanna, H. Mesenchymal stem cells – sources and clinical applications / H. Klingemann, D. Matzilevich, J. Marchand // Transfus. Med. Hemother. – 2008. – Vol. 35, N 4. – P. 272–277. https://doi.org/10.1159/000142333

4. Aging is associated with decreased maximal life span and accelerated senescence of bone marrow stromal cells / K. Stenderup [et al.] // Bone. – 2003. – Vol. 33, N 6. – P. 919–926. https://doi.org/10.1016/j.bone.2003.07.005

5. Conget, P. A. Identification of a discrete population of human bone marrow-derived mesenchymal cells exhibiting properties of uncommitted progenitors / P. A. Conget, C. Allers, J. J. Minguell // J. Hematother. Stem Cell Res. – 2001. – Vol. 10, N 6. – P. 749–758. https://doi.org/10.1089/152581601317210845

6. Malluche, H. Renal bone disease 1990: an unmet challenge for the nephrologist / H. Malluche, M. C. Faugere // Kidney Int. – 1990. – Vol. 38, N 2. – P. 193–211. https://doi.org/10.1038/ki.1990.187

7. K/DOQI clinical practice guidelines for bone metabolism and disease in chronic kidney disease / Nat. Kidney Found. // Am. J. Kidney Dis. – 2003. – Vol. 42, N 4, suppl. 3. – P. S1–S201.

8. The Dialysis Outcomes and Practice Patterns Study (DOPPS): design, data elements, and methodology / R. L. Pisoni [et al.] // Am. J. Kidney Dis. – 2004. – Vol. 44, N 5C, suppl. 2. – Р. 7–15. https://doi.org/10.1053/j.ajkd.2004.08.005

9. Development of an osteogenic bone-marrow preparation / J. Connolly [et al.] // J. Bone Joint Surg. Am. – 1989. – Vol. 71, N 5. – P. 684–691. https://doi.org/10.2106/00004623-198971050-00007

10. Autologous bone marrow mesenchymal stem cells associated with tantalum rod implantation and vascularized iliac grafting for the treatment of end-stage osteonecrosis of the femoral head / D. Zhao [et al.] // BioMed Res. Int. – 2015. – Vol. 2015. – P. 1–9. https://doi.org/10.1155/2015/240506

11. An exploratory clinical trial for idiopathic osteonecrosis of femoral head by cultured autologous multipotent mesenchymal stromal cells augmented with vascularized bone grafts / T. Aoyama [et al.] // Tissue Eng. Part B.: Rev. – 2014. – Vol. 20, N 4. – P. 233–242. https://doi.org/10.1089/ten.teb.2014.0090

12. Tissue-engineered approach for the treatment of steroid-induced osteonecrosis of the femoral head: transplantation of autologous mesenchymal stem cells cultured with beta-tricalcium phosphate ceramics and free vascularized fibula / K. Kawate [et al.] // Artif. Organs. – 2006. – Vol. 30, N 12. – P. 960–962. https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.2006.00333.x

13. Low oxygen tension inhibits osteogenic differentiation and enhances stemness of human MIAMI cells / G. D’Ippolito [et al.] // Bone. – 2006. – Vol. 39, N 3. – P. 513–522. https://doi.org/10.1016/j.bone.2006.02.061

14. Langenbach, F. Effects of dexamethasone, ascorbic acid and β-glycerophosphate on the osteogenic differentiation of stem cells in vitro / F. Langenbach, J. Handschel // Stem Cell Res. Ther. – 2013. – Vol. 4, N 5. – Art. 117. https://doi.org/10.1186/scrt328

15. Development of a simple procedure for the treatment of femoral head osteonecrosis with intra-osseous injection of bone marrow mesenchymal stromal cells: study of their biodistribution in the early time points after injection / A. Lebouvier [et al.] // Stem Cell Res. Ther. – 2015. – Vol. 6, N 1. – Art. 68. https://doi.org/10.1186/s13287-015-0036-y

16. . Fate of mesenchymal stem cells transplanted to osteonecrosis of femoral head / Z. Yan [et al.] // J. Orthop. Res. – 2009. – Vol. 27, N 4. – P. 442–446. https://doi.org/10.1002/jor.20759

17. Core decompression with marrow stem cells / P. Hernigou [et al.] // Oper. Tech. Orthop. – 2004. – Vol. 14, N 2. – P. 68–74. https://doi.org/10.1053/j.oto.2004.03.001

18. Stem cell treatment for avascular necrosis of the femoral head: current perspectives / R. J. Sierra [et al.] // Stem Cells Cloning: Advances Applications. – 2014. – Vol. 7. – P. 65–70. https://doi.org/10.2147/sccaa.s36584

19. The efficacy of targeted intraarterial delivery of concentrated autologous bone marrow containing mononuclear cells in the treatment of osteonecrosis of the femoral head: a five year follow-up study / Q. Mao [et al.] // Bone. – 2013. – Vol. 57, N 2. – P. 509–516. https://doi.org/10.1016/j.bone.2013.08.022