Тромбоцитарная плазма и эффективность костных трансплантатов

В течение нескольких часов после пересадки трансплантата начинается дегрануляция тромбоцитов, находящихся в сгустке, что приводит к высвобождению из тромбоцитов факторов роста (PDGF) и трансформирующих факторов роста b-1 и b-2 (TGFb-1 и TGFb-2). Эти факторы инициируют процесс регенерации кости.

Arun Garg (Арун Гарг), DMD, отделение оральной и челюстно-лицевой хирургии стоматологического факультета университета Майами.

Перевод Александра Островского

Несмотря на то, что наращивание кости с целью обеспечения необходимого объема для установки стоматологических имплантатов в последние 10 лет стало рутинной процедурой, постоянно проводятся исследования, направленные на разработку методов,позволяющих улучшить способности клиницистов влиять на эффективность костных материалов. В последнее время исследователи концентрируют свое внимание на возможности применять полипептиды (факторы роста и дифференциации) для улучшения регенерации кости.

Процесс регенерации кости

Костные трансплантаты, полученные из таких донорских участков, как гребень подвздошной кости, бедренная кость, содержат остеокомпетентные клетки, островки минерализованной губчатой кости, фибрин кровяного сгустка и тромбоциты, которые находятся в самом сгустке. В течение нескольких часов после пересадки трансплантата начинается дегрануляция тромбоцитов, находящихся в сгустке, что приводит к высвобождению из тромбоцитов факторов роста (PDGF) и трансформирующих факторов роста b-1 и b-2 (TGFb-1 и TGFb-2). Эти факторы инициируют процесс регенерации кости.

В течение первых трех или четырех недель после пересадки трансплантата развиваются биохимическая и клеточная фазы регенерации кости, что клинически выражается в консолидации трансплантата посредством объединения отдельных остеоидных островков и поверхностных остеоидов губчатой кости с принимающим костным ложем. Кроме того, протекают процессы остеогенеза и остеокондукции. Данную клеточную фазу часто называют первым этапом регенерации кости или этапом рыхлой кости.

Во время первой фазы произошедшая клеточная регенерация приводит к образованию неорганизованной рыхлой кости, которая структурно представляет собой довольно плотное образование, но недостаточно зрелое. Кость будет подвергаться неизбежной резорбции и замещению в процессе ремоделировки. В конечном итоге, первая фаза регенерации кости сменяется второй, во время которой кость содержит меньше клеток и становится более минерализованной и структурно более организованной, что больше напоминает пластинчатую кость.

Остеокласты инициируют замещение кости первой фазы на кость, характерную для второй фазы. Теоретически, кость первой фазы резорбируется под действием остеокластов в ходе цикла нормальной ремоделировки и замещения. Гистологически, такие трансплантаты подвергаются фазе продолжительной ремоделировки, в результате которой происходит нормальное обновление скелета. В ходе данного цикла формируется надкостница и эндостальная прослойка, и трансплантат замещается плотной, губчатой структурой.

Факторы роста и дифференциации представляют собой класс биологических медиаторов, которые играют критическую роль в стимуляции и регулируют процесс заживления ран в организме. Специфические факторы роста и дифференциации регулируют ключевые клеточные процессы, включая митогенез, хемотаксис, дифференциацию и метаболизм.

Все эти факторы играют основную роль в процессе остеоинтеграции. Теоретически, применение этих факторов роста в сочетании с костными материалами может улучшить и даже ускорить нормальный процесс регенерации кости.

Одним из способов использовать ценные свойства, которыми обладают факторы роста, является доставка тромбоцитарной аутоплазмы в области пересадки костного трансплантата. Тромбоциты представляют собой богатый источник PDGF, TGFb-1 и TGFb-2. Исследования показали, что клетки костного мозга, присутствующие в костном трансплантате, содержат такие факторы роста. Кроме того, получены рентгенографические доказательства того, что использование тромбоцитарной аутоплазмы с костным материалом позволяет значительно сократить сроки консолидации и созревания кости, а также увеличить ее плотность.

Смешивание тромбоцитарной аутоплазмы с костным материалом позволяет использовать влияние PDGF, TGFb-1 и TGFb-2, по меньшей мере, на начальных этапах процесса регенерации. По мере дегрануляции тромбоцитов высвобождаются PDGF и TGFb. Известно, что все тромбоциты в области раны разрушаются в течение первых трех-пяти дней, и что первоначальная активность факторов роста истощается в течение 7-10 дней.

Первоначальный толчок, который тромбоцитарная плазма дает процессу регенерации кости, “запускает” каскад регенерационного цикла, который продолжает формировать зрелый трансплантат.

PDGF считается одним из наиболее значимых гормонов, который присутствует в любых ранах. Он инициирует заживление соединительной ткани, включая регенерацию кости. PDGF обладает мощной митогенной и ангиогенной активностью, а также регулирует деятельность других факторов роста. Митогенный эффект приводит к образованию большого количества клеток, участвующих в заживлении, а ангиогенный способствует построению новых капилляров.

Активирование других факторов роста приводит к индуцированию функций фибробластов и остеобластов, ускоряет дифференциацию клеток, а также влияет на функции других клеток, например, макрофагов. Кроме того, существуют доказательства того, что PDGF увеличивает скорость пролиферации стволовых клеток.

TGFb-1 и TGFb-2 участвуют в общих процессах восстановления тканей и регенерации кости. Основное их действие заключается в регуляции хемотаксиса и митогенеза клеток-предшественников остеобластов и способности стимулировать депозицию коллагеновой матрицы при заживлении ран и восстановлении кости. Кроме того, эти факторы роста ускоряют формирование кости посредством возрастания скорости пролиферации стволовых клеток, а также, до некоторой степени, подавляют формирование остеокластов, т.е. резорбцию кости.

Фибриновый компонент тромбоцитарной аутоплазмы обеспечивает связывание частиц костного материала и способствует остеокондукции посредством образования сети, которая играет роль скелета, поддерживающего рост новой кости. Более того, тромбоцитарная плазма модулирует и повышает функционирование одних факторов роста в присутствии других.

Эта способность отличает факторы роста, содержащиеся в тромбоцитарной аутоплазме, от других факторов роста, которые обладают самостоятельным действием, и отвечают только за какой-то один аспект регенерации.

Исследования, посвященные использованию тромбоцитарной аутоплазмы

К сожалению, в настоящее время проведено немного исследований, посвященных изучению эффективности аутоплазмы с костными материалами и стоматологическими имплантатами, а другие находятся в самом начале. Тем не менее, результаты первого клинического исследования выглядят многообещающими, также как и доклинические испытания на животных. Результаты показали улучшение регенерации кости при применении PDGF, TGFb-1 и TGFb-2 или других факторов роста. Несколько исследований в области ортопедической хирургии позволили получить доказательства положительного влияния аутогенного фибрина при наличии PDGF и TGFb.

В контролируемом исследовании, проведенном Marx et al., участвовали 88 пациентов, которым провели трансплантацию кости для устранения дефектов после резекции участков нижней челюсти. Два разных исследователя проводили рентгенологическую оценку участков, где был использован костный трансплантат вместе с тромбоцитарной аутоплазмой, и контрольными участками, в которых был использован только трансплантат. Оценку проводили через 2, 4 и 6 месяцев, причем во всех участках, в которых использовали тромбоцитарную аутоплазму, степень зрелости кости была почти в два раза выше. Проведенная через 6 месяцев после операции гистоморфометрическая оценка показала, что плотность кости в исследуемой группе была на 15-30% выше, чем в контрольной.

В другом контролируемом исследовании участвовали 20 пациентов, которым были удалены зубы перед установкой имплантатов. В группе пациентов, в которой в комбинации с костным материалом использовали тромбоцитарную аутоплазму, результаты были значительно лучше. При оценке через 16 недель после вмешательства в этой группе ширина костного гребня в вестибулярно-оральном направлении была больше, а эпителизация происходила быстрее, чем в контрольной группе. В контрольной группе во многих случаях соединительная ткань заполняла большую часть дефекта.

тромбоцитарную аутоплазму получали посредством забора небольшого количества крови у пациента и с использованием сепаратора клеток, что позволяло собрать тромбоцитарный концентрат. Применение тромбоцитарной аутоплазмы требует инициации процесса коагуляции. Это достигается посредством смешивания 5 мл 10% раствора хлорида кальция с 5000 ед. топического бычьего тромбина. Протокол применения тромбоцитарной плазмы требует использования 10 мл шприца для каждого замешивания.

Каждое замешивание состоит в следующем: к 6 мл плазмы добавляют 1 мл смеси хлорида кальция и тромбина и 1 мл воздуха, который необходим для формирования пузырьков воздуха при смешивании. Необходимо аккуратно потрясти шприц в течение 6-10 секунд для инициации свертывания.

После этого плазма принимает консистенцию геля, и ее можно добавлять к костному материалу. После смешивания тромбоцитарной аутоплазмы с костным материалом формирующийся фибрин приводит к связыванию сыпучих частиц, что помогает хирургу придавать материалу требуемую форму.

В настоящее время на рынке существует аппарат амбулаторного пользования, который позволяет применять данную методику в ежедневной клинической практике (SmartPReP, Harvest Technologies Corp., Norwell, MA). При использовании данной системы необходимо получить 90 мл крови пациента с помощью стандартной методики венепункции. Кровь помещают в автоматизированную центрифугу двойного вращения, которая сепарирует кровь на красные кровяные тельца (эритроциты), бедную тромбоцитами плазму (БеТП) и богатый факторами роста тромбоцитарный концентрат.

Аппарат функционирует по следующей схеме. В корзину центрифуги помещают одноразовый контейнер, заполненный кровью пациента. Сначала корзина находится в вертикальном положении. После нажатия на кнопку старта ротор начинает вращаться, и корзина ротора перемещается в горизонтальное положение. Красные кровяные тельца оседают ниже перегородки, а тромбоцитарная плазма остается выше перегородки. После отделения плазмы движение ротора замедляется, корзина остается в горизонтальном положении, что позволяет отцедить тромбоцитарную аутоплазму из камеры, содержащей красные клетки крови. После завершения сцеживания ротор вновь начинает вращаться, корзины остаются в горизонтальном положении. Находящиеся в плазме тромбоциты начинают оседать на дно камеры с плазмой. После такого жесткого вращения тромбоциты концентрируются на дне камеры с плазмой, а корзины возвращаются в вертикальное положение. Одноразовую чашку вынимают и собирают шприцем бедную тромбоцитами плазму, которая остается над тромбоцитарным концентратом. На дне чашки остается плазма, которую можно использовать.

Применение тромбоцитарной аутоплазмы позволяет использовать механизмы, действие которых приводит к более быстрой и эффективной регенерации кости. Вероятно плазма обладает этими свойствами благодаря высокой концентрации PDGF и TGFb, а также других факторов роста или биологически активных протеинов, которые, возможно, еще не идентифицированы. Данная методика не несет никакого риска для пациентов, поскольку их кровь используется относительно быстро. Кроме того, устраняется опасность переноса заболеваний или возникновения иммуногенных реакций, которые существуют при использовании аллогенных или ксеногенных имплантатов. Поскольку аутоплазму подготавливают во время операции, то отсутствует опасность возникновения ошибок при маркировке упаковок (т.е. переливания пациенту неаутогенной крови). Использование факторов роста особенно привлекательно в тех случаях, когда эффективность костных материалов и остеоинтеграции сомнительны, например, у пациентов с длительной адентией и выраженной атрофией верхней челюсти, пациентов с остеопорозом, а также у пациентов, стоматологические заболевания которых привели к рубцовому изменению тканей. Для определения оптимальной концентрации различных факторов роста и идентификации неизвестных факторов роста, которые могут существовать в плазме необходимо проведение дальнейших исследований. Такие исследования могли бы раскрыть дополнительные преимущества использования данного метода лечения для заживления ран и регенерации кости.