Новые возможности контурной пластики в репарации костей черепа (обзор литературы)

Цель исследования: на основании литературных данных проанализировать и систематизировать современные возможности контурной пластики в репарации костей черепа.

Материал и методы. По ключевым словам «репарация», «кости черепа», «контурная пластика», «имплантат», «аутотрансплантат», «аллоимплантат», «бесклеточные регенеративные технологии», «микровезикулы» были проанализированы научные статьи, размещенные в базах PubMed, eLibrary, Scopus, Cyberleninka Medscape, за последние 15 лет. По рассматриваемой теме отобраны данные 95 иностранных и 47 отечественных статей.

Результаты. На основании проведённого обзора литературы были получены данные о том, что, несмотря на огромные усилия, направленные на разработку альтернатив аутотрансплантатам, идеального заменителя костного трансплантата так и не было создано. Хирург должен знать индивидуальные свойства каждого заменителя костного трансплантата, чтобы правильно применить его для конкретного больного. Основные синтетические заменители костной ткани состоят из гидроксиапатита, трикальцийфосфата, сульфата кальция или комбинации этих минералов, они имеют ряд преимуществ перед аллотрансплантатами, в том числе простоту стерилизации и хранения. Однако у них имеются и ряд недостатков, таких как хрупкость, разная скорость резорбции и низкая эффективность в некоторых клинических случаях. В последнее время внимание привлекают остеоиндуктивные материалы – деминерализованный костный матрикс и костные морфогенетические белки, однако полимерные и биокомпозитные матриксы сегодня представляются наиболее перспективными материалами в сравнении с деминерализованным костным матриксом. Особое внимание в разработке новых видов матриксов уделяется возможности фиксации остеогенных факторов и целевых фармацевтических субстанций на материаленосителе с целью их контролируемого и пролонгированного выпуска на участке хирургической имплантации. Использование композитных носителей различного состава in vivo демонстрирует высокие показатели остеогенеза, способствует запуску биоминерализации и позволяет варьировать скорость деградации материала.

Заключение. В настоящее время у оперирующего хирурга существует большой выбор материалов для проведения пластики костного дефекта черепа с применением ауто-, алло- или ксенотрансплантатов. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки, а выбор материала и метода имплантации должен осуществляться индивидуально в каждом конкретном случае. Большие перспективы учёные связывают с созданием биоактивных каркасных материалов с фиксированными остеогенными факторами, которые высвобождаются непосредственно в зоне дефекта костной ткани и ускоряют регенерацию. Дальнейшее развитие данной технологии позволит бесклеточной регенеративной медицине перешагнуть границу лабораторных исследований по замещению дефектов костной ткани и выйти на клиническое применение.

1. Мухаметов У.Ф., Люлин С.В., Борзунов Д.Ю., Гареев И.Ф., Бейлерли О.А., Yang Guang. Аллопластические и имплантационные материалы для костной пластики: обзор литературы // Креативная хирургия и онкология. 2021. Т. 11, № 4. С. 343–353. doi: 10.24060/2076-3093-2021-11-4-343-353

2. Волков А.В., Потапов М.Б., Назарян Д.Н., Смбатян Б.С., Захаров Г.К., Федосов А.В. Морфологические аспекты аутотрансплантации костной ткани // Пластическая хирургия и эстетическая медицина. 2020. № 1. С. 21–29. doi: 10.17116/plast.hirurgia202001121

3. Sohn H.S., Oh J.K. Review of bone graft and bone substitutes with an emphasis on fracture surgeries. Biomater Res. 2019;23:9.

4. Hanser T., Khoury F. Extraction site management in the esthetic zone using autogenous hard and soft tissue grafts: a 5-year consecutive clinical study. Int J Periodontics Restorative Dent. 2014;34(3):305-312.

5. Nishimura I., Shimizu Y., Ooya K. Effects of cortical bone perforation on experimental guided bone regeneration. Clin Oral Implants Res. 2004;15(3):293-300.

6. Nissan J., Mardinger O., Calderon S., Romanos G.E., Chaushu G. Cancellous bone block allografts for the augmentation of the anterior atrophic maxilla. Clin Implant Dent Relat Res. 2011;13(2):104-111. doi: 10.1111/j.1708-8208.2009.00193.x

7. Rüegg E.M., Gniadek P., Modarressi A., Baratti-Mayer D., Pittet-Cuénod B. Facial bone reconstruction with prefabricated vascularized calvarium flaps in children and young adults: Advantages and long-term results. J Craniomaxillofac Surg. 2016;44(12):1880-1888.

8. Tamai S. Experimental vascularized bone transplantations. Microsurgery. 1995;16(4):179-185.

9. Muramatsu K., Hashimoto T., Tominaga Y., Taguchi T. Vascularized bone graft for oncological reconstruction of the extremities: review of the biological advantages. Anticancer Res. 2014;34(6):2701-2707.

10. Schmidt A.H. Autologous bone graft: Is it still the gold standard? Injury. 2021;52, Suppl. 2: S18-22. doi: 10.1016/j.injury.2021.01.043

11. Goulet J.A., Senunas L.E., DeSilva G.L., Greenfield M.L. Autogenous iliac crest bone graft, complications and functional assessment. Clin Orthop Relat Res. 1997;339:76-81.

12. Niederauer G.G., Lee D.R., Sankaran S. Bone graft ing in arthroscopy and sports medicine. Sports Med Arthrosc Rev. 2006;14(3): 163-8.

13. Gu Y., Ma H., Shujaat S., Orhan K., Coucke W., Amoli M.S., Bila M., Politis C., Jacobs R. Donor- and recipientsite morbidity of vascularized fibular and iliac flaps for mandibular reconstruction: A systematic review and meta-analysis. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 2021;74(7):1470-1479.

14. Brandenburg L.S., Voss P.J., Mischkowsky T., Kühle J., Ermer M.A., Weingart J.V., Rothweiler R.M., Metzger M.C., Schmelzeisen R., Poxleitner P. Donor site morbidity after computer assisted surgical reconstruction of the mandible using deep circumflex iliac artery grafts: a cross sectional study. BMC Surg. 2023;23(1):4.

15. Ступак В.В., Мишинов С.В., Садовой М.А., Копорушко Н.А., Мамонова Е.В., Панченко А.А., Красовский И.Б. Современные материалы, используемые для закрытия дефектов костей черепа // Современные проблемы науки и образования. 2017. № 4. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=26626

16. Park Y.-W. Frontal augmentation as an adjunct to orthognathic or facial contouring surgery. Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery. 2016;38:37. doi: 10.1186/s40902-016-0084-y

17. Lee H.S., Kim Y.C. Periorbital lipogranuloma after autologous fat injection for forehead augmentation. Ann Dermatol. 2016;28(2):245-247.

18. Feinberg S.E., Weisbrode S.E., Heintschel G. Radiographic and histological analysis of tooth eruption through calcium phosphate ceramics in the cat. Arch. Oral Biol. 1989;34:975-984. doi: 10.1016/0003-9969(89)90055-1

19. Silva Gomes Ferreira P.H., De Oliveira D., Duailibe De Deus C.B., Okamoto R. Evaluation of the different biomaterials used in alveolar cleft defects in children. Ann Maxillofac Surg. 2018;8:315-319. doi: 10.4103/ams.ams_140_17

20. Kim H.D., Amirthalingam S., Kim S.L., Lee S.S., Rangasamy J., Hwang N.S. Biomimetic materials and fabrication approaches for bone tissue engineering. Adv Healthc Mater. 2017;6:1700612. doi: 10.1002/adhm.201700612

21. Ek E.T., Johnson P.R., Bohan C.M., Padmasekara G. Autologous bone grafting and double screw fixation for unstable scaphoid nonunions with cavitary bone loss. J Hand Surg Eur. 2021;46(2):205-206.

22. Toms A.D., Barker R.L., Jones R.S., Kuiper J.H. Impaction bone grafting in revision joint replacement surgery. J Bone Joint Surg Am. 2004;86:2050-60.

23. Filippi M., Born G., Chaaban M., Scherberich A. Natural Polymeric Scaffolds in Bone Regeneration. Front Bioeng Biotechnol. 2020;8:474. doi: 10.3389/fbioe.2020.00474

24. Barboza E.P., Lugão C.E. Treatment of a human transosseous mandibular defect by guided bone regeneration. J Periodontol. 2001:72:538-541.

25. Herrera M., Chapman C.B., Roh M., Strauch R.J., Rosenwasser M.P. Treatment of unstable distal radius fractures with cancellous allograft and external fixation. J Hand Surg [Am]. 1999;24:1269-1278.

26. Ho-Shui-Ling A., Bolander J., Rustom L.E., Johnson A.W., Luyten F.P., Picart C. Bone regeneration strategies: Engineered scaffolds, bioactive molecules and stem cells current stage and future perspectives. Biomaterials. 2018;180:143-162. doi: 10.1016/j.biomaterials.2018.07.017

27. Dou H., Wang G., Xing N. et al. Repair of large segmental bone defects with fascial flap-wrapped allogeneic bone. J Orthop Surg Res. 2016;11:162. doi: 10.1186/s13018-016-0492-9

28. Vuppalapati G., Oberlin C., Balakrishman G. Distally based dorsal hand flaps: clinical experience, cadaveric studies and an update. Br J Plast Surg. 2004;57:653-667.

29. Wilkins R.M., Kelly C.M. The effect of allomatrix injectable putty on the outcome of long bone applications. Orthopedics. 2003;26:567-570.

30. Кирилова И.А. Деминерализованный костный трансплантат как стимулятор остеогенеза: современные концепции. Хирургия позвоночника. 2004;3:105-110.

31. Верзен Р. Подготовка деминерализованного костного матрикса к клиническому использованию. Деминерализованный костный трансплантат и его применение: сб. науч. трудов. CПб.: ППМИ, 1993. C. 4–11.

32. Савельев В.И., Хлебович Н.В. Первый опыт оценки индуктивных свойств костных трансплантатов, деминерализованных ортофосфорной кислотой. Деминерализованный костный трансплантат и его применение: сб. науч. трудов. CПб.: ППМИ, 1993. С. 125–129.

33. Schwarz N., Schlag G. Osteogenesis durch demineralisierten allogenen Knochen in Experiment und Klinik. Unfallchirurg. 1987; 90: 355-362.

34. Щелкунова Е.И., Воропаева А.А., Корель А.В., Майер Д.А., Подорожная В.Т., Кирилова И.А. Заселение деминерализованного костного матрикса клетками хондрогенного ряда // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2018.. Т. 7, № 2. С. 102–111. doi: 10.17802/2306-1278-2018-7-2-102-111

35. Tournier P., Guicheux J., Paré A., Veziers J., Barbeito A., Bardonnet R., Corre P., Geoffroy V., Weiss P., Gaudin A. An Extrudable Partially Demineralized AllogeneicBone Paste Exhibits a Similar BoneHealing Capacity as the “GoldStandard”. Bone Graft Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:658853. doi: 10.3389/fbioe.2021.658853

36. Girardi F.P., Cammisa F.P. The effect of bone graft extenders to enhance the performance of iliac crest bone grafts in instrumented lumbar spine fusion. Orthopedics. 2003;26:s545-s548. doi: 10.3928/0147-7447-20030502-03

37. Lee D.W., Pi S.H., Lee S.K., Kim E.C. Comparative histomorphometric analysis of extraction sockets healing implanted with bovine xenografts. Irradiated cancellous allografts and solven dehydrated allografts in humans. Int J Oral Maxillofac Implants. 2009;24:609-615.

38. Тарасенко С.В., Шехтер А.Б., Ершова А.М., Бондаренко И.В. Cравнительный гистологический анализ применения синтетических и ксеногенных остеопластических материалов для аугментации альвеолярного отростка верхней челюсти перед дентальной имплантацией // Российская стоматология. 2016. Т. 9, № 3. С. 3–7. doi: 10.17116/rosstomat2016933-7

39. Алексеев Д.Е., Свистов Д.В., Коровин А.Е., Румянцев Л.А., Крамченинов И.К. Перспективные методы замещения дефектов костей черепа // Российские биомедицинские исследования. 2018. Т. 3, № 1. С. 18–24.

40. Cakir T., Yolas C. Synthetic Bone Graft versus Autograft Obtained from the Spinous Process in Posterior Lumbar Interbody Fusion. Turk Neurosurg. 2021;31(2):199-205. doi: 10.5137/1019-5149.JTN.29765-20.2

41. Nunziato C., Williams J., Williams R. Synthetic bone graft substitute fortreatment of u nicameral bone cysts. J Pediatr Orthop. 2021;41(1):e60-66. doi: 10.1097/BPO.0000000000001680

42. Yaremchuk M.J., Doumit G., Thomas M.A. Alloplastic augmentation of the facial skeleton: an occasional adjunct or alternative to orthognathic surgery. Plast Reconstr Surg. 2011;127(5):2021-2030.

43. Bergmann P.A., Tamouridis G., Lohmeyer J.A., et al. The effect of a bacterial contamination on the formation of capsular contracture with polyurethane breast implants in comparison with textured silicone implants: an animal study. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 2014;67(10):1364-1370.

44. Берсенев А.В. Клеточная трансплантология – история, современное состояние и перспективы // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2005. № 1. C. 49–56.

45. Куралесова А.И., Грошева А.Г., Герасимов Ю.В., Генкина Е.Н., Воробьева Н.Н. Р.К. Чайлахян и стволовые стромальные клетки костного мозга: открытие, этапы исследования и применение в клинике. Бюллетень Национального научно-исследовательского института общественного здоровья имени Н.А. Семашко. 2022;(4):143-147. doi: 10.25742/NRIPH.2022.04.027

46. Ezhov M.Yu., Ezhov I.Yu., Kashko A.K., Kayumov A.Yu., Zykin A.A., Gerasimov S.A. Unsolved questions about the regeneration of cartilage and bone. Advances in Current Natural Sciences. 2015;5:126-131.

47. Naudot M., Garcia Garcia A., Jankovsky N., Barre A., Zabijak L., Azdad S.Z., Collet L., Bedoui F., Hébraud A., Schlatter G., Devauchelle B., Marolleau J.P., Legallais C., Le Ricousse S. The combination of a polycaprolactone/nano-hydroxyapatite honeycomb scaffold and mesenchymal stem cells promotes bone regeneration in rat calvarial defects. J Tissue Eng Regen Med. 2020;14(11):1570-1580.

48. Лыкошин Д.Д., Зайцев В.В., Костромина М.А., Есипов Р.С. Остеопластические материалы нового поколения на основе биологических и синтетических матриксов. Тонкие химические технологии. 2021;16(1):36- 54. doi: 10.32362/2410-6593-2021-16-1-36-54

49. Korn P., Ahlfeld T., Lahmeyer F., Kilian D., Sembdner P., Stelzer R., Pradel W., Franke A., Rauner M., Range U., Stadlinger B., Lode A., Lauer G., Gelinsky M. 3DPrinting of Bone Grafts for Cleft Alveolar Osteoplasty – In vivo Evaluation in a Preclinical Model. Front Bioeng Biotechnol. 2020;8:217. doi: 10.3389/fbioe.2020.0021

50. Sarraf C.E., Otto W.R., Eastwood M. In vitro mesenchymal stem сell differentiation after mechanical stimulation. Cell Prolif. 2011;44(1):99-108.

51. Предеин Ю.А., Рерих В.В. Костные и клеточные имплантаты для замещения дефектов кости // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 6. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=25681

52. Горкун А.А., Сабурина И.Н., Кошелева Н.В., Пулин А.А., Комиссарова С.В., Репин В.С., Иванов Д.В. Индукция васкулогенеза в сфероидах из стромальных клеток пупочного канатика // Вестник новых медицинских технологий. 2012. Т. XIX, № 2. С. 313–315.

53. Борзенок С.А., Хубецова М.Х., Сабурина И.Н., Гаврилова Н.А., Комах Ю.А., Тонаева Х.Д., Островский Д.С., Ланевская Н.И., Кошелева Н.В., Зурина И.М. Применение 3D-клеточных технологий в лечении нейродегенеративных заболеваний глаз // Таврический медико-биологический вестник. 2017. Т. 20, № 2-1. С. 11–16.

54. Сабурина И.Н., Горкун А.А., Фидаров А.В., Колокольцова Т.Д., Зурина И.М., Кошелева Н.В., Устинова Е.Е., Репин В.С. Индукция васкуло- и остеогенеза в сфероидах из стромальных клеток жировой ткани // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2018. № 3. С. 189–196.

55. Ревокатова Д.П., Котенева П.И., Кошелева Н.В., Шпичка А.И., Тимашев П.С. Сфероиды из клеток эпителиального и мезенхимального фенотипов как строительные блоки в биопечати (обзор) // Современные технологии в медицине. 2025. Т. 17, № 1. С. 121–145. doi: 10.17691/stm2025.17.1.11

56. Toghiani R., Abolmaali S.S, Najafi H, Tamaddon AM. Bioengineering exosomes for treatment of organ ischemiareperfusion injury. Life Sci. 2022;302:120654. doi: 10.1016/j.lfs.2022.120654

57. Гребень А.И., Еремин П.С., Костромина Е.Ю., Марков П.А., Гильмутдинова И.Р. Использование мезенхимальных стволовых клеток и экзосом в лечении костных дефектов. Гений ортопедии. 2024;30(1):124- 133.. doi: 10.18019/1028-4427-2024-30-1-124-133. EDN EQBHMM

58. Xue N., Ding X., Huang R., Jiang R., Huang H., Pan X., Min W., Chen J., Duan J.A., Liu P., Wang Y. Bone Tissue Engineering in the Treatment of Bone Defects. Pharmaceuticals (Basel). 2022;15(7):879.

59. Phinney D.G., Pittenger M.F. Concise Review: MSC-Derived Exosomes for Cell-Free Therapy. Stem Cells. 2017;35:851-858.

60. Wang C., Huang W., Zhou Y., He L., He Z., et al. 3D printing of bone tissue engineering scaffolds. Bioact Mater. 2020;(5):82-91.