Биологические реакции нового гибридного полиолигомера: модели <i>in vitro</i> и <i>in vivo</i>

Биологические реакции нового гибридного полиолигомера: модели in vitro и in vivo

А.Е. Боков, А.А. Булкин, Д.В. Давыденко, Н.Ю. Орлинская, М.Н. Егорихина, Ю.П. Рубцова, И.Н. Чарыкова, Р.С. Ковылин, В.В. Юдин, С.А. Чесноков, А.Г. Морозов, С.Г. Млявых, Д.Я. Алейник

Ключевые слова: олигоэфирметакрилат; полилактид; гибридный пористый полимер; модель костного дефекта; ремоделирование тканей; цитотоксичность; биосовместимость.

2020, том 12, номер 6, стр. 36.

DOI: https://doi.org/10.17691/stm2020.12.6.05

Полный текст статьи

html pdf

2412

1925

Цель исследования — оценить биосовместимость нового гибридного полиолигомера на моделях in vitro и in vivo.

Материалы и методы. Цитотоксичность материала исследовали с помощью МТТ-теста, используя в качестве тестовых культур дермальные фибробласты человека. Для характеристики прямого взаимодействия гибридного полимера с клетками фибробласты культивировали на образцах полимера в течение 96 ч, оценивая состояние культуры каждые 24 ч с помощью метода флуоресцентной микроскопии. Для изучения реакции тканей в области поверхности соприкосновения c донорским ложем и морфологических особенностей перестройки образцов использовали модель костного дефекта у кролика. Образцы гибридного полиолигомера были имплантированы в сформированный дефект крыла левой подвздошной кости у 10 кроликов. В качестве контроля в аналогичный дефект 10 животных трансплантировали заранее заготовленные образцы аллокости. Кроликов выводили из эксперимента через 4 и 8 нед после операции. Для оценки состояния тканей в области дефекта использовали стандартный морфологический метод с окраской гематоксилином и эозином и метод иммуногистохимии с применением маркера пролиферации Ki-67.

Результаты. Показано, что гибридный полиолигомер не цитотоксичен (ранг по шкале цитотоксичности — 0–1), на его поверхности клетки хорошо адгезируются, сохраняют жизнеспособность и типичную морфологию в течение всего срока наблюдения. Не выявлено отрицательного воздействия имплантации материала на состояние и поведение животных. При морфологическом исследовании отмечены отсутствие воспалительных изменений, образование тонкостенных капиллярных сосудов и выраженная пролиферативная активность мезенхимальных клеток в зоне дефекта, которые проявляются интенсивнее, чем в контрольной группе.

Заключение. Отсутствовали признаки воспаления к 8-й неделе эксперимента. Наблюдалось начало формирования новой кости. Полученные данные позволяют считать разработанный гибридный материал перспективным для дальнейших исследований в качестве заменителя костной ткани.

Kristensen B.B. Autologous tissue transplantations for osteochondral repair. Dan Med J 2016; 63(4): B5236.
Oryan A., Alidadi S., Moshiri A., Maffulli N. Bone regenerative medicine: classic options, novel strategies, and future directions. J Orthop Surg Res 2014; 9(1): 18, https://doi.org/10.1186/1749-799x-9-18.
Ehrler D.M., Vaccaro A.R. The use of allograft bone in lumbar spine surgery. Clin Orthop Relat Res 2000; 371: 38–45, https://doi.org/10.1097/00003086-200002000-00005.
Tadjoedin E.S., de Lange G.L., Lyaruu D.M., Kuiper L., Burger E.H. High concentrations of bioactive glass material (BioGran®) vs. autogenous bone for sinus floor elevation. Clin Oral Implants Res 2002; 13(4): 428–436, https://doi.org/10.1034/j.1600-0501.2002.130412.x.
Goldstein S.A. Tissue engineering: functional assessment and clinical outcome. Ann N Y Acad Sci 2002; 961: 183–192, https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2002.tb03079.x.
Badylak S.F., Gilbert T.W. Immune response to biologic scaffold materials. Semin Immunol 2008; 20(2): 109–116, https://doi.org/10.1016/j.smim.2007.11.003.
Song R., Murphy M., Li C.S., Ting K., Soo C., Zheng Z. Current development of biodegradable polymeric materials for biomedical applications. Drug Des Devel Ther 2018; 12: 3117–3145, https://doi.org/10.2147/dddt.s165440.
Ritz U., Gerke R., Götz H., Stein S., Rommens P.M. A new bone substitute developed from 3D-prints of polylactide (PLA) loaded with collagen I: an in vitro study. Int J Mol Sci 2017; 18(12): 2569, https://doi.org/10.3390/ijms18122569.
Shen J., Shi D., Shi C., Li X., Chen M. Fabrication of dopamine modified polylactide-poly(ethylene glycol) scaffolds with adjustable properties. J Biomater Sci Polym Ed 2017; 28(17): 2006–2020, https://doi.org/10.1080/09205063.2017.1366250.
Mota C., Camarero-Espinosa S., Baker M.B., Wieringa P., Moroni L. Bioprinting: from tissue and organ development to in vitro models. Chem Rev 2020; 120(19): 10547–10607, https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00789.
Leprince J.G., Palin W.M., Hadis M.A., Devaux J., Leloup G. Progress in dimethacrylate-based dental composite technology and curing efficiency. Dent Mater 2013; 29(2): 139–156, https://doi.org/10.1016/j.dental.2012.11.005.
Deb S., Aiyathurai L., Roether J.A., Luklinska Z.B. Development of high-viscosity, two-paste bioactive bone cements. Biomaterials 2005; 26(17): 3713–3718, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.09.065.
Behl G., Iqbal J., O’Reilly N.J., McLoughlin P., Fitzhenry L. Synthesis and characterization of poly(2-hydroxyethylmethacrylate) contact lenses containing chitosan nanoparticles as an ocular delivery system for dexamethasone sodium phosphate. Pharm Res 2016; 33(7): 1638–1648, https://doi.org/10.1007/s11095-016-1903-7.
Yudin V.V., Kovylin R.S., Baten’kin M.A., Kulikova T.I., Chesnokov S.A., Fedushkin I.L., Egorikhina M.N., Rubtsova Y.P., Charykova I.N., Mlyavykh S.G., Aleynik D.Ya. Visible-light induced synthesis of biocompatible porous polymers from oligocarbonatedimethacrylate (OСM-2) in the presence of dialkyl phthalates. Polymer 2020; 192: 122302, https://doi.org/10.1016/j.polymer.2020.122302.
Kovylin R.S., Baten’kin M.A., Kulikova T.I., Egorikhina M.N., Charikova I.N., Gusev S.A., Rubtsova Y.P., Mlyavykh S.G., Aleynik D.Ya., Chesnokov S.A., Fedushkin I.L. Biocompatible non-toxic porous polymeric materials based on carbonate- and phthalate-containing dimethacrylates materials. ChemistrySelect 2019; 4: 4147, https://doi.org/10.1002/slct.201803810.
Morozov А.G., Razborov D.A., Egiazaryan T.A., Baten’kin M.A., Aleynik D.Ya., Egorikhina M.N., Rubtsova Yu.P., Charikova I.N., Chesnokov S.A., Fedushkin I.L. In vitro study of degradation behavior, cytotoxicity, and cell adhesion of the atactic polylactic acid for biomedical purposes. J Polym Environ 2020; 28: 2652–2660, https://doi.org/10.1007/s10924-020-01803-x.
Mossman T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J Immunol Methods 1983; 65(1–2): 55–63, https://doi.org/10.1016/0022-1759(83)90303-4.
Shanmugam S., Copal B. Antimicrobial and cytotoxicity evaluation of. aliovalent substituted hydroxyapatite. Appl Surf Sci 2014; 303: 277–281, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.02.166.
Mapara M., Thomas B.S., Bhat K.M. Rabbit as an animal model for experimental research. Dental Res J (Isfahan) 2012; 9(1): 111–118, https://doi.org/10.4103/1735-3327.92960.
Zimmermann G., Moghaddam A. Allograft bone matrix versus synthetic bone graft substitutes. Injury 2011; 42(Suppl 2): S16–S21, https://doi.org/10.1016/j.injury.2011.06.199.
Myciński P., Zarzecka J., Skórska-Stania A., Jelonek A., Okoń K., Wróbel M. Ceramic-polylactide composite material used in a model of healing of osseous defects in rabbits. Pol J Pathol 2017; 68(2): 153–161, https://doi.org/10.5114/pjp.2017.69692.
Talley A.D., McEnery M.A., Kalpakci K.N., Zienkiewicz K.J., Shimko D.A., Guelcher S.A. Remodeling of injectable, low-viscosity polymer/ceramic bone grafts in a sheep femoral defect model. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2017; 105(8): 2333–2343, https://doi.org/10.1002/jbm.b.33767.
Ikumi R., Miyahara T., Akino N., Tachikava N., Kasugai S. Guided bone regeneration using a hydrophilic membrane made of unsintered hydroxyapatite and poly(L-lactic acid) in a rat bone-defect model. Dent Mater J 2018; 37(6): 912–918, https://doi.org/10.4012/dmj.2017-385.
Mahmood S.K., Razak I.A., Ghaji M.S., Yusof L.M., Mahmood Z.K., Rameli M.A.B.P., Zakaria Z.A.B. In vivo evaluation of a novel nanocomposite porous 3D scaffold in a rabbit model: histological analysis. Int J Nanomedicine 2017; 12: 8587–8598, https://doi.org/10.2147/ijn.S145663.
Jin H.H., Kim D.H., Kim T.W., Shin K.K., Jung J.S., Park H.C., Yoon S.Y. In vivo evaluation of porous hydroxyapatite/chitosan-alginate composite scaffolds for bone tissue engineering. Int J Biol Macromol 2012; 51(5): 1079–1085, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2012.08.027.
Li Z., Ramay H.R., Hauch K.D., Xia D., Zhang M. Chitosan–alginate hybrid scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials 2005; 26(18): 3919–3928, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.09.062.
Cai K., Yao K., Yang Z., Qu Y., Li X. Histological study of surface modified three dimensional poly (D, L-lactic acid) scaffolds with chitosan in vivo. J Mater Sci Mater Med 2007; 18: 2017–2024, https://doi.org/10.1007/s10856-007-3151-1.

Bokov A.E., Bulkin A.A., Davydenko D.V., Orlinskaya N.Yu., Egorikhina M.N., Rubtsova Yu.P., Charykova I.N., Kovylin R.S., Yudin V.V., Chesnokov S.A., Morozov A.G., Mlyavykh S.G., Aleynik D.Ya. Biological Response to a Novel Hybrid Polyoligomer: in vitro and in vivo Models. Sovremennye tehnologii v medicine 2020; 12(6): 36, https://doi.org/10.17691/stm2020.12.6.05