Комплексное изучение природных кораллов для решения проблем реконструкции/инженерии костной ткани. Часть I. Изучение физико-химических и матриксных (для клеток) свойств природных кораллов

Н.С. Сергеева; И.К. Свиридова; С.М. Баринов; В.С. Комлев; В.А. Кирсанова; С.А. Ахмедова; И.В. Фадеева; Т.Н. Молодцова; Н.В. Петракова; А.И. Антохин; Г.В. Павлова; Я.Д. Шанский

Комплексное изучение природных кораллов для решения проблем реконструкции/инженерии костной ткани. Часть I. Изучение физико-химических и матриксных (для клеток) свойств природных кораллов

Н.С. Сергеева¹, И.К. Свиридова², С.М. Баринов³, В.С. Комлев⁴, В.А. Кирсанова⁵, С.А. Ахмедова⁶, И.В. Фадеева⁷, Т.Н. Молодцова⁸, Н.В. Петракова⁹, А.И. Антохин¹⁰, Г.В. Павлова¹¹, Я.Д. Шанский¹²

научная статья Страницы: 3-13

Ключевые слова: природные кораллы острая цитотоксичность матриксные свойства поверхности физико-химическая характеристика биосовместимость остеопластические потенции

Аннотация

Исследованы физико-химические (химический, фазовый состав, топография поверхности, кинетика растворения) и биологические (острая цитотоксичность, матриксные свойства поверхности, биосовместимость, остеокондуктивные потенции) свойства массивного скелета герматипных кораллов разной таксономической принадлежности (5 семейств, 18 видов). Отобраны нетоксичные образцы кораллов с выраженными остеопластическими характеристиками. Обсуждается перспективность использования природных кораллов для реконтрукции/инженерии костной ткани.

Для цитирования

Сергеева Н.С., Свиридова И.К., Баринов С.М., Комлев В.С., Кирсанова В.А., Ахмедова С.А., Фадеева И.В., Молодцова Т.Н., Петракова Н.В., Антохин А.И., Павлова Г.В., Шанский Я.Д. Комплексное изучение природных кораллов для решения проблем реконструкции/инженерии костной ткани. Часть I. Изучение физико-химических и матриксных (для клеток) свойств природных кораллов // Технологии живых систем. 2012. № 8. С. 3–13.

Список источников

VolkovA.V., AlekseevaI.S., KulakovA.A. etal.Regeneration of skull bones in adult rabbits after implantation of commercial osteoinductive materiaqls and transplantation of tissue-engineering construct. // Bull. Exp. Biol. Med. 2010. V. 149. № 4. P. 505-510.
Neovius E., Engstrand T.Craniofacial reconstruction with bone and biomaterials: review over the last years. // J. Plast. Reconstr. Aesthet. Surg. 2010. V. 63. № 10. P. 1615-1623.
Chiara G., Letizia F., Lorenzo F. et al. Nanostructured biomaterials for tissue engineered bone tissue reconstruction // Int. J. Mol. Sci. 2012. V. 13. № 1. P. 737-757.
Navarro M., Michiardi A., Castaño O., Planell J.A. Biomaterials in orthopaedics. // J. R. Soc. Interface. 2008. Vol. 5. № 27. P. 1137-1158.
Balasundaram G., Webster T.J. Nanotechnology and biomaterials for orthopedic medical applications. // Nanomedicine (Lond.). 2006. V. 1. № 2. P. 169-176.
Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М.: Наука. 2005.
LeGeros R.Z. Properties of osteoconductive biomaterials: calcium phosphates. // Clin. Orthop. Relat. Res. 2002. V. 395. P. 81-98.
Arcos D., Izquierdo-Barba I., Vallet-Regi M. Promising trends of bioceramics in the biomaterials field. // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2009. V. 20. № 2. P. 447-455.
DorozhkinS. V. Calcium orthophosphates: Occurrence, properties, biomineralization, pathological calcification and biomimetic applications. // Biomatter. 2011. V. 1. P. 121-164
Вересов А.Г., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. Химия неорганических биоматериалов на основе фосфатов кальция // Российский химический журнал (Журнал Российского химического об-ва им. Д.И. Менделеева). 2004. T. XLVIII. № 4. C. 52-64.
Воложин А.И., Курдюмов С.Г., Орловский В.П. и др. Создание нового поколения биосовместимых материалов на основе фосфатов кальция для широкого применения в медицинской практике // Технологии живых систем. 2004. T. 1. № 1. C. 41-56.
Комлев В.С., Фадеева И.В., Гурин А.Н. и др. Влияние содержания карбонат-групп в карбонатгидроксиапатитовой керамике на ее поведение in vivo // Неорганические материалы. 2009. T. 45. № 3б. C. 373-378.
Бакунова Н.В., Фомин А.С., Фадеева И.В. и др. Нанопорошки кремний-содержащего гидроксиапатита // ЖНХ. 2007. T. 52. № 10. C. 1594-1599.
Кубарев О.Л., Баринов С.М., Фадеева И.В., Ком-

лев В.С. Пористые керамические гранулы на основе гидроксиапатита и трикальцийфосфата для клеточных технологий реконструкции тканевых дефектов в хирургии // Перспективные материалы. 2005. № 2. C. 34-42.
Сафронова Т.В., Путляев В.И., Авраменко О.А. и др. Порошок Са-дефицитного гидроксиапатита для получения керамики на основе трикальцийфосфата // Стекло и керамика. 2011. № 1. C. 27-31.
Goldberg M.A., Smirnov V.V., Barinov S.M., et al. Influence of the synthesis conditions on sintering and properties of the hydroxyapatite -calcium carbonate system // Powder Metallurgy Progress. 2011. V.11. № 3 - 4. P.265-270.
Demers C., Hamdy C.R., Corsi K., et al. Natural coral exoskeleton as a bone graft substitute: a review // Biomed. Mater. Eng. 2002. V. 12. № 1. P.15-35.
Хенч Л., Джонс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей. М.: Техносфера. 2007.
Чиссов В.И., Свиридова И.К., Сергеева Н.С. и др.Исследование invivoбиосовместимости и динамики замещения дефекта голени крыс пористыми гранулированными биокерамическими материалами // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2008. № 3. С.151-156.
Knackstedt M.A., Arns C.H., Senden T.J., Gross K. Structure and properties of clinical coralline implants measured via 3D imaging and analysis // Biomaterials. 2006. V. 27. № 13. P. 2776-2786.
Wu Y.-C., Lee T.-M., Chiu K.-H. et al.A comparative study of the physical and mechanical properties of three natural corals based on the criteria for bone-tissue engineering scaffolds // J. Mater. Sci: Mater. Med. 2009. V.20. № 6. P.1273-1280.
Jeger R., Lichtenfeld Y., Peretz H., et al.Visualization of ultrastructural interface of cells with the outer and inner-surface of coral skeletons // J. Electron. Microsc. (Tokyo). 2009. V. 58. № 2. P. 47-53.
Ehrlich H., Etnoyer P., Litvinov S.D., et al.Biomaterial structure in deep-sea bamboo coral (Anthozoa: Gorgonacea: Isididae): perspectives for the development of bone implants and templates for tissue engineering // Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2006. V.37. P. 552-557.
Braye F., Irigaray J.L., Jallot E., et al.Resorption kinetics of osseous substitute: natural coral and synthetic hydroxyapatite // Biomaterials. 1996. V.17. P.1345-1350.
Fricain J.C., Roudier M., Rouais F. et al.Influence of the structure of three corals on their resorption kinetics // J. Periodontal Res. 1996. V.31. P. 463-469.
Ning Y., Wei T., Defu C., et. al.The research of degradability of a novel biodegradable coralline hydroxyapatite after implanted into rabbit // J. Biomed. Mater. Res. A. 2009. V. 88. № 3. P. 1273-80
Свиридова И.К., Сергеева Н.С., Франк Г.А. и др. Скелет натуральных кораллов сем. Acropora в замещении дефектов костной ткани у мелких и крупных лабораторных животных // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2010. № 4. C. 1-6.
Fadilah A., Zuki A.B., Loqman M.Y., et. al.Microscopic evaluation of the natural coral (porites spp.) post-implantation in sheep femur // Med. J. Malaysia. 2004. V. 59. Suppl. B. P. 127-128.
Yuan J., Zhang W.J., Liu G., et. al.Repair of canine mandibular bone defects with bone marrow stromal cells and coral // Tissue Engineering Part A. 2010. V. 16. № 4. P. 1385-1394.
Zhukauskas R., Dodds R.A., Hartill C., et. al.Histological and radiographic evaluations of demineralized bone matrix and coralline hydroxyapatite in the rabbit tibia // J. Biomater. Appl. 2010. V. 24. № 7. P. 639-656.
Hou R., Chen F., Yang Y., et al. Comparative study

between coral-mesenchymal stem cells-rhBMP-2 composite and auto-bone-graft in rabbit critical-sized cranial defect model // J. Biomed Mater Res A. 2007. V. 80. № 1. P. 85-93.
Damien E., Revell P.A. Coralline hydroxyapatite bone graft substitute: A review of experimental studies and biomedical applications // J. Appl. Biomater. Biomech. 2004. V. 2. № 2. P. 65-73.
Патент№ 86455 (РФ).
Беллами Л. Новые данные по ИК спектроскопии сложных молекул. М.: 1971.
Meena V.N., Devi P. N.P., Kalirajan K. Infrared spectral studies on siddha drug - pavalaparpam // International Journal of Pharma and Bio Sciences. 2010. V.1. Is. 4. P. 474-483.
Бакунов В.С., Беляков А.В., Лукин Е.С., Шаяхметов У.Ш.Оксидная керамика: спекание и ползучесть. М. 2007.
Mossman T.J. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxity assays // J. Immunol. Methods. 1983. V. 65. P. 55-63.
Reginster J.Y., Deroisy R., Neuprez A., et. al. Strontium ranelate: new data on fracture prevention and mechanisms of action // Curr. Osteoporos. Rep. 2009.

V.7. № 3. P. 96-102.
Dahl S.G., Allain P., Marie P.J., et. al. Incorporation and distribution of strontium in bone // Bone. 2001. V. 28. № 4. P. 446-53.

[1] VolkovA.V., AlekseevaI.S., KulakovA.A. etal.Regeneration of skull bones in adult rabbits after implantation of commercial osteoinductive materiaqls and transplantation of tissue-engineering construct. // Bull. Exp. Biol. Med. 2010. V. 149. № 4. P. 505-510.

[2] Neovius E., Engstrand T.Craniofacial reconstruction with bone and biomaterials: review over the last years. // J. Plast. Reconstr. Aesthet. Surg. 2010. V. 63. № 10. P. 1615-1623.

[3] Chiara G., Letizia F., Lorenzo F. et al. Nanostructured biomaterials for tissue engineered bone tissue reconstruction // Int. J. Mol. Sci. 2012. V. 13. № 1. P. 737-757.

[4] Navarro M., Michiardi A., Castaño O., Planell J.A. Biomaterials in orthopaedics. // J. R. Soc. Interface. 2008. Vol. 5. № 27. P. 1137-1158.

[5] Balasundaram G., Webster T.J. Nanotechnology and biomaterials for orthopedic medical applications. // Nanomedicine (Lond.). 2006. V. 1. № 2. P. 169-176.

[6] Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М.: Наука. 2005.

[7] LeGeros R.Z. Properties of osteoconductive biomaterials: calcium phosphates. // Clin. Orthop. Relat. Res. 2002. V. 395. P. 81-98.

[8] Arcos D., Izquierdo-Barba I., Vallet-Regi M. Promising trends of bioceramics in the biomaterials field. // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2009. V. 20. № 2. P. 447-455.

[9] DorozhkinS. V. Calcium orthophosphates: Occurrence, properties, biomineralization, pathological calcification and biomimetic applications. // Biomatter. 2011. V. 1. P. 121-164

[10] Вересов А.Г., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. Химия неорганических биоматериалов на основе фосфатов кальция // Российский химический журнал (Журнал Российского химического об-ва им. Д.И. Менделеева). 2004. T. XLVIII. № 4. C. 52-64.

[11] Воложин А.И., Курдюмов С.Г., Орловский В.П. и др. Создание нового поколения биосовместимых материалов на основе фосфатов кальция для широкого применения в медицинской практике // Технологии живых систем. 2004. T. 1. № 1. C. 41-56.

[12] Комлев В.С., Фадеева И.В., Гурин А.Н. и др. Влияние содержания карбонат-групп в карбонатгидроксиапатитовой керамике на ее поведение in vivo // Неорганические материалы. 2009. T. 45. № 3б. C. 373-378.

[13] Бакунова Н.В., Фомин А.С., Фадеева И.В. и др. Нанопорошки кремний-содержащего гидроксиапатита // ЖНХ. 2007. T. 52. № 10. C. 1594-1599.

[14] Кубарев О.Л., Баринов С.М., Фадеева И.В., Ком-

лев В.С. Пористые керамические гранулы на основе гидроксиапатита и трикальцийфосфата для клеточных технологий реконструкции тканевых дефектов в хирургии // Перспективные материалы. 2005. № 2. C. 34-42.

[15] Сафронова Т.В., Путляев В.И., Авраменко О.А. и др. Порошок Са-дефицитного гидроксиапатита для получения керамики на основе трикальцийфосфата // Стекло и керамика. 2011. № 1. C. 27-31.

[16] Goldberg M.A., Smirnov V.V., Barinov S.M., et al. Influence of the synthesis conditions on sintering and properties of the hydroxyapatite -calcium carbonate system // Powder Metallurgy Progress. 2011. V.11. № 3 - 4. P.265-270.

[17] Demers C., Hamdy C.R., Corsi K., et al. Natural coral exoskeleton as a bone graft substitute: a review // Biomed. Mater. Eng. 2002. V. 12. № 1. P.15-35.

[18] Хенч Л., Джонс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей. М.: Техносфера. 2007.

[19] Чиссов В.И., Свиридова И.К., Сергеева Н.С. и др.Исследование invivoбиосовместимости и динамики замещения дефекта голени крыс пористыми гранулированными биокерамическими материалами // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2008. № 3. С.151-156.

[20] Knackstedt M.A., Arns C.H., Senden T.J., Gross K. Structure and properties of clinical coralline implants measured via 3D imaging and analysis // Biomaterials. 2006. V. 27. № 13. P. 2776-2786.

[21] Wu Y.-C., Lee T.-M., Chiu K.-H. et al.A comparative study of the physical and mechanical properties of three natural corals based on the criteria for bone-tissue engineering scaffolds // J. Mater. Sci: Mater. Med. 2009. V.20. № 6. P.1273-1280.

[22] Jeger R., Lichtenfeld Y., Peretz H., et al.Visualization of ultrastructural interface of cells with the outer and inner-surface of coral skeletons // J. Electron. Microsc. (Tokyo). 2009. V. 58. № 2. P. 47-53.

[23] Ehrlich H., Etnoyer P., Litvinov S.D., et al.Biomaterial structure in deep-sea bamboo coral (Anthozoa: Gorgonacea: Isididae): perspectives for the development of bone implants and templates for tissue engineering // Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2006. V.37. P. 552-557.

[24] Braye F., Irigaray J.L., Jallot E., et al.Resorption kinetics of osseous substitute: natural coral and synthetic hydroxyapatite // Biomaterials. 1996. V.17. P.1345-1350.

[25] Fricain J.C., Roudier M., Rouais F. et al.Influence of the structure of three corals on their resorption kinetics // J. Periodontal Res. 1996. V.31. P. 463-469.

[26] Ning Y., Wei T., Defu C., et. al.The research of degradability of a novel biodegradable coralline hydroxyapatite after implanted into rabbit // J. Biomed. Mater. Res. A. 2009. V. 88. № 3. P. 1273-80

[27] Свиридова И.К., Сергеева Н.С., Франк Г.А. и др. Скелет натуральных кораллов сем. Acropora в замещении дефектов костной ткани у мелких и крупных лабораторных животных // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2010. № 4. C. 1-6.

[28] Fadilah A., Zuki A.B., Loqman M.Y., et. al.Microscopic evaluation of the natural coral (porites spp.) post-implantation in sheep femur // Med. J. Malaysia. 2004. V. 59. Suppl. B. P. 127-128.

[29] Yuan J., Zhang W.J., Liu G., et. al.Repair of canine mandibular bone defects with bone marrow stromal cells and coral // Tissue Engineering Part A. 2010. V. 16. № 4. P. 1385-1394.

[30] Zhukauskas R., Dodds R.A., Hartill C., et. al.Histological and radiographic evaluations of demineralized bone matrix and coralline hydroxyapatite in the rabbit tibia // J. Biomater. Appl. 2010. V. 24. № 7. P. 639-656.

[31] Hou R., Chen F., Yang Y., et al. Comparative study

between coral-mesenchymal stem cells-rhBMP-2 composite and auto-bone-graft in rabbit critical-sized cranial defect model // J. Biomed Mater Res A. 2007. V. 80. № 1. P. 85-93.

[32] Damien E., Revell P.A. Coralline hydroxyapatite bone graft substitute: A review of experimental studies and biomedical applications // J. Appl. Biomater. Biomech. 2004. V. 2. № 2. P. 65-73.

[33] Патент№ 86455 (РФ).

[34] Беллами Л. Новые данные по ИК спектроскопии сложных молекул. М.: 1971.

[35] Meena V.N., Devi P. N.P., Kalirajan K. Infrared spectral studies on siddha drug - pavalaparpam // International Journal of Pharma and Bio Sciences. 2010. V.1. Is. 4. P. 474-483.

[36] Бакунов В.С., Беляков А.В., Лукин Е.С., Шаяхметов У.Ш.Оксидная керамика: спекание и ползучесть. М. 2007.

[37] Mossman T.J. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxity assays // J. Immunol. Methods. 1983. V. 65. P. 55-63.

[38] Reginster J.Y., Deroisy R., Neuprez A., et. al. Strontium ranelate: new data on fracture prevention and mechanisms of action // Curr. Osteoporos. Rep. 2009.

V.7. № 3. P. 96-102.

[39] Dahl S.G., Allain P., Marie P.J., et. al. Incorporation and distribution of strontium in bone // Bone. 2001. V. 28. № 4. P. 446-53.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи