Применение матриц и систем доставки в регенеративной эндодонтии
а) Матрицы. Важным компонентом тканевой инженерии является матрица. Ткани организованы в виде трехмерных структур, а соответствующие матрицы необходимы для того, чтобы:
1) обеспечить пространственно правильное положение клетки и
2) регулировать дифференцировку, пролиферацию или метаболизм, обеспечивая обмен питательных веществ и газов.
Известно, что молекулы внеклеточного матрикса контролируют дифференцировку стволовых клеток, а соответствующая матрица может избирательно связывать и локализовывать клетки, содержать факторы роста и подвергаться биодеградации с течением времени. Таким образом, матрица рассматривается не как простая решетка, содержащая клетки, а как план сконструированной ткани.
Матрицы можно разделить на природные и синтетические. Природные матрицы: коллаген, гликозиминогликаны, гиалуроновая кислота, деминерализованная или нативная матрица дентина и фибрин. Примерами синтетических матриц являются поли-L-молочная кислота, полигликолевая кислота, полимолочно-ко-гликолевая кислота, полипептикон капролактон, гидроксиапатит/трикальцийфосфат, биокерамика и гидрогели, такие как самособирающиеся пептидные гидрогели.
Подавляющее большинство опубликованных в настоящее время регенеративных эндодонтических процедур включают этап вызванного кровотечения и образования сгустка крови в качестве матрицы. Несмотря на то что это относительно просто, поскольку не требуются манипуляции ex vivo, такой упрощенный подход не лишен проблем. Часто трудно достичь образования сгустка крови, и он не обладает многими свойствами идеальной матрицы, такими как легкая доставка, адекватные механические свойства, контролируемое биодеградирование и включение факторов роста.
Кроме того, сгусток крови содержит большое количество гемопоэтических клеток, которые в конечном итоге подвергаются клеточной гибели, высвобождая свои токсичные внутриклеточные ферменты в микроокружающую среду, что может отразиться на выживании стволовых клеток.
Другой подход к созданию матрицы предполагает использование аутологичной плазмы, обогащенной тромбоцитами (Platelet-rich plasma, PRP), что требует минимальных манипуляций с ex vivo и довольно легко подготовить в стоматологической обстановке. PRP богата факторами роста, подвергается деградации с течением времени и образует трехмерную матрицу фибрина.
Фибрин, богатый тромбоцитами (Platelet rich fibrin, PRF), является альтернативой PRP, поскольку он имеет трехмерную архитектуру, содержащую биоактивные молекулы, способствующую пролиферации и дифференцировке стволовых клеток. Эти аутологичные матрицы успешно использовались в регенеративных процедурах. Однако существуют некоторые недостатки в их клиническом применении: для их применения требуется сбор внутривенной крови, что может быть затруднено у детей, разнообразие и концентрация факторов роста в препаратах PRP и PRF не контролируются, отсутствует временной контроль деградации и механическая прочность недостаточна для поддержки коронковой реставрации. Таким образом, несмотря на некоторые желательные характеристики PRP и PRF, следует тщательно рассмотреть другие альтернативные варианты матриц.
Гидрогели представляют собой класс матриц, состоящих из трехмерных гидрофильных полимеров, которые поглощают воду или тканевые жидкости в несколько раз больше их массы. Набухшие в воде материалы легко преобретают коллоидную форму, подвергаются гелеобразованию химически (например, изменениями pH и осмолярности) или физически (например, изменениями температуры).
Данные материалы являются легко настраиваемыми, биосовместимыми и могут быть спроектированы подобно природным внеклеточным матрицам. Они представляют особый интерес для регенеративной эндодонтии, потому что их можно легко вводить в узкие пространства корневых каналов и модифицировать для доставки хемотаксических и ангиогенных агентов для стимуляции стволовых клеток и поддержания ангиогенеза. Гидрогели, изготовленные из самосборных пептидов (например, Puramatrix), обладают большим потенциалом для использования в эндодонтической тканевой инженерии, поскольку их последовательность включает короткие последовательности пептидов, аналогичные тем, которые встречаются в природных тканях, что усиливает прикрепление клеток и пролиферацию.
б) Система доставки. Даже после выбора подходящего источника клеток, факторов роста и матрицы, полученная смесь должна быть доставлена соответствующим образом в пространство системы корневых каналов. Например, почти все клетки тела находятся в пределах 0,1-1 мм от кровеносных сосудов, чтобы поддерживать адекватную диффузию кислорода и питательных веществ.
Это представляет собой проблему, которую еще предстоит преодолеть в проводимых в настоящее время регенеративных эндодонтических процедурах, при которых стволовые клетки, внесенные в пространство канала, лишены боковой васкуляризации и находятся в нескольких миллиметрах от апикальных кровеносных сосудов. Если бы можно было вводить клетки по всей коронально-апикальной протяженности системы корневых каналов, большинство клеток, как ожидается, подвергались бы действию тканевой гипоксии.
Было продемонстрировано, что в условиях гипоксии стволовые клетки быстрее размножаются и высвобождают более высокие уровни ангиогенных факторов, таких как фактор роста эндотелия сосудов 1 (VEGF), которые способствуют целенаправленному ангиогенезу в проектируемое пространство. Альтернативный подход заключался бы во внедрении матрицы с хемохимическими факторами в корневой канал. Данный подход называется наведением клеток, поскольку клетки притягиваются к матрице вдоль поддерживающих кровеносных сосудов прогрессивным образом.
Вместо того, чтобы заполнять бессосудистое пространство (т.е. аналогично с процедурами реваскуляризации), наведение клеток можно использовать в бесклеточном пространстве (клетки, имплантированные по хемотаксическим факторам, см. рис. ниже) или в форме, основанной на клетке (клетки доставляются в матрицы, содержащие хемотаксисы). Поскольку зубную пульпу можно охарактеризовать как рыхлую соединительную ткань, окруженную слоем одонтобластов, пространственное расположение клеток и факторов роста в матрице может быть особенно важным для продвижения одонтогенеза без полной кальцификации системы корневых каналов.
Схематический рисунок, иллюстрирующий использование подхода наведения клеток в биоинженерии. Выполняют дезинфекцию (B) премоляра с не полностью сформированным корнем с некротической пульпой и поражением верхушки (А), с последующим размещением биоразлагаемой матрицы (S), содержащей факторы роста и хемотаксические факторы (G) для обеспечения последовательного распространения и перемещения апикальных стволовых клеток в канале (C), что приводит к заполнению корневого канала стволовыми клетками параллельно с васкуляризацией и организацией ткани (D).
Для полного перепрофилирования архитектуры пульпо-дентинного комплекса требуется проведение дополнительных исследований.
