RSS | PDA | XML

Реклама




Биодеградация кальциофосфатных биоматериалов





Анализ литературных и собственных данных показывает, что скорость биодеградации зависит от многих факторов. В первую очередь, необходимо учитывать физико-химические характеристики самого вещества. К ним относятся: химический состав, органические и неорганические включения, соотношение аморфной и кристаллической фаз, структура пор, геометрия и состав частиц. Так, трикальциофосфат в 20 раз более растворим, чем гидроксиапатит (ГА). Константы растворимости некоторых кальций фосфатов представлены в таблице.


Константы продуктов растворимости, Ksp (Higushi et al., 1965; Pftel, Brown, 1975; Greogory et al., 1984; Driessens, Verbeeck, 1985)


Фосфаты кальция

KSP

Синтетический

ДДКФ

2,39 х 10-7

ОКФ

1,05 х 10-47

ТКФ

2,83 х 10-3

ГА

3,37 х 10-58

F

2,5 х 10-6

Биологический

Зубная эмаль

7,2 х 10-53 до 6,4 х 10-58


Включение в гидроксиапатит атомов F приводит к снижению этого показателя в несколько раз (Bruijn, 1993). Также на растворимость влияет состав микроокружения в месте имплантации кальциофосфатов в организм. Здесь ведущая роль принадлежит рН среды, структурам экстрацеллюлярного матрикса и окружающим клеткам. Так, размеры кристалла гидроксиапатита могут быть увеличены за счет спекания небольших круглых кристаллов до больших ромбических или гексагональных. Напротив, ионы Mg2+, Аl2+, оксипролин и другие макромолекулы могут уменьшать размеры кристаллов. Растворимость соединений в кальций-фосфатном ряду убывает в следующем порядке: аморфный кальциофосфат > тетракальциофосфат > α-трикальциофосфат > β-трикальциофосфат > гидроксиапатит (LeGeros et al., 1993; Daculsi, 1999).

При уменьшении размеров кристаллов гидроксиапатита увеличивается скорость их растворения. Гидроксиапатитная керамика всегда содержит в своем составе примеси аморфного трикальциофосфата, содержание которого увеличивается при термической обработке гидроксиапатита при температуре более 1250-1300 °С (Bruijn, 1993). Выход трикальциофосфата из гидроксиапатита также способствует биодеградации кальций-фосфатной (КФ) биокерамики. Другой путь биодеградации связан с развитием воспалительной реакции вокруг имплантата при введении его в организм, т.к. КФ лучше растворяются в кислой, чем нейтральной средах. Развитие ишемии, некроза способствует изменению рН среды вокруг материала с 7,5 до 6,5, усилению растворения КФ биоматериалов. Параллельно в этот процесс включаются нейтрофилы и макрофаги, которые за счет выделения медиаторов воспаления, гидролаз и протеаз способствуют еще более сильному закислению среды. Кроме того, фагоцитируют частицы керамики и переработки КФ (Маянский, 1989; Щепеткин, 1995; Bruijn, 1993; LeGeros et al., 1993). В более поздние сроки в этот процесс включаются многоядерные клетки и остеокласты, которые используют специфические механизмы гидролиза кальций-фосфатов.

Кальций-фосфатные имплантаты при помещении в организм интегрируются с костной тканью, образуя сложный минерал+белок+клеточ-ный комплекс. При этом построение новой ткани во многом напоминает механизм ремоделирования кости. Это многошаговый процесс, в котором последовательно принимают участие многочисленные клеточные и ферментативные системы остеокластов и остеобластов, находящиеся под контролем локальных и дистантных механизмов регуляции. Достаточно условно в нем можно выделить два основных этапа: первый связан с резорбцией органических молекул, адсорбированных и интегрирующих с КФ, второй - с преобразованием минеральной части.

Запуск этого процесса, очевидно, происходит в результате конформации белковых молекул на поверхности КФ в результате действия электрохимических сил, работы свертывающей системы, механического или иного повреждения. Локальные гомеостатические системы запускают механизмы синтеза остеокластами ферментов, отвечающих за гидролиз вышеуказанных протеинов. В первую очередь, речь идет об энзимах семейства Zn-зависимых металлопротеаз (металлопротеазы 1-5) (Rifas et al., 1994). Возможно, что активация остеокластов происходит через цитокиновый каскад с участием интерлейкина-1, фактора некроза опухоли, колониестимулирующих факторов и т.д. (Bertolini et al., 1986; Heath et al., 1984). Вместе с тем, активация отдельных типов металлопротеаз осуществляется под действием плазминогена, калликреина, вырабатываемых в процессе фибринолиза и распада клеток при травме (Leloup et al., 1994). Кроме того, остеобласты продуцируют ряд ингибиторов металлопротеаз, через которые они также локально могут контролировать уровень продукции данных ферментов остеокластами (Rifas et al., 1989). Коллагеназы, желатиназа, стромиелизин гидролизируют не только молекулы коллагена, но и ряда молекул адгезии, включая фибронектин, ламинин, ряд протеогликанов и фибрина (Мажуга, 1995; Rifas et al., 1994). Следует подчеркнуть, что энзимы имеют строго определенные границы рН для своей работы. Предполагается, что различные типы металлопротеаз и иных ферментов, ответственных за гидролиз белков, последовательно участвуют в процессе их биодеградации, в зависимости от изменения рН в месте их работы. Сначала включаются энзимы, работающие при нейтральных и слабокислых значениях среды, затем кислых и по мере затихания процесса резорбции - вновь нейтральных и слабокислых рН. При этом всегда образуется так называемый ферментный коктейль, который способствует более полному расщеплению белков (Хэм, Кормак, 1979; Thomson et al., 1989; Delaisse, Vaes, 1992).

После удаления органических молекул остеокласты приступают к резорбции гидроксиапатита. При этом они плотно прилегают к поверхности гидроксиапатита с формированием закрытых пространств, в которых создается необходимая концентрация ионов водорода и катепсинов В, D, L, К и М, выбрасываемых из везикул аппарата Гольджи. Этот процесс контролируется протоонкогенами c-src-pp60c-src, с участием тирозинкиназы, фосфорилазы, а также различными белками цитоскелета, которые регулируют формообразование и перемещение везикул в апикальный отдел остеокластов (Horton, Helfrich, 1992; Hall et al., 1994; Inaoka et al., 1995).

Производство ионов водорода в везикулах осуществляется с участием АТФазы, карбангидразы II, Na++и Сl-/НСO3-насосов. Кислотность в лакунах достигает 4,5-4,8 (Bastani et al., 1996; Blair, 1989). В процессе резорбции гидроксиапатита увеличивается концентрация ионов кальция, которые необходимы для работы металлопротеза, что способствует расщеплению остатков коллагена и других белков (Etherington, Dirkedal, Hansen, 1987). В результате плавного процесса растворения минеральной и органической частей кости под остеокластами образуется ямка (Zaidi, 1990). Высокая концентрация ионов кальция в лакунах, достигающая 40 мМ, может приводить к активации соответствующих рецепторов на клеточной мембране, включать АТФазу, протеинкиназу, вызывать реорганизацию цитоскелета клеток, способствовать открытию кальциевых каналов, стимулировать респираторный взрыв, влиять на адгезию клеток (Silver et al., 1988; Zaidi, 1990; Hall, 1994; Adebanjo et al., 1994).


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики






Комментировать:
Имя:

Сообщение:


Похожие статьи:

Сравнительная оценка результатов алло- и аутопластики пострезекционных дефектов у детей

Категории: Другое, Трансплантаты и биоматериалы,
This paper shows a comparative assessment of bone plasticing held in the childrens hospital of the city of Voronezh in 5 years. As a result of research, we believe that the use of demineralized bone..

Клиническая эффективность комбинированного биотрансплантата

Категории: Трансплантаты и биоматериалы,
Клиническая эффективность комбинированного биотрансплантата на основе структурированного коллагенового материала при лечении ложных суставов костей конечностей Combined biological graft was applied in..

Опыт применения измельченных деминерализованных костных аллоимплантатов в хирургии полости рта

Категории: Другое, Трансплантаты и биоматериалы,
At present dental implantation is one of the advanced techniques of stomatologic rehabilitation. However, as has shown practical experiment, there is the number of the reasons interfering its direct..

Опыт применения биологических имплантатов производства ЦИТО в клинике челюстно-лицевой хирургии

Категории: Другое, Трансплантаты и биоматериалы,
Опыт применения биологических имплантатов производства ЦИТО в клинике челюстно-лицевой хирургии и стоматологии Российского Государственного Медицинского Университета In our clinical practice throughout..

«Коллост» - имплантат для замещения дефектов мягких тканей

Категории: Другое, Трансплантаты и биоматериалы,
Among the biological implants most promising are considered the implants based on fibrillary protein of connective tissue named collagen which is the most abundant protein constituting from 20 to 30..