Півтора року в кістці кроля: найдовший тест на «строк служби» резорбуючого композиту

Більшість наукових досліджень кісткових імплантів обмежуються тижнями чи, у кращому разі, кількома місяцями спостереження. Це зрозуміло: тваринні дослідження дорогі, тривалі й вимагають ретельного етичного погодження. Але саме через це виникає прогалина в знаннях: що насправді відбувається з резорбуючим матеріалом через рік після імплантації? Через півтора? Чи не втрачає композит контакт із кісткою на такій довгій дистанції часу, коли полімерна фаза вже активно розкладається, а нова кісткова тканина ще не сформувала свою остаточну архітектуру? Французька команда під керівництвом Гі Дакюльсі з Університету Нанта поставила собі саме ці запитання і отримала відповідь, що витримала перевірку часом у буквальному сенсі: публікація у Biomaterials у 2011 році описує спостереження, яке тривало 76 тижнів, майже півтора роки безперервного моніторингу на живих тваринах.

Три матеріали, витримані на довгій дистанції

У центрі уваги порівняння трьох матеріалів. Перший, чистий співполімер P(96L/4D)LA, полілактид зі співвідношенням L- та D-мономерів 96 до 4: невелика домішка D-лактиду свідомо порушує ідеальну кристалічну структуру чистого поли-L-лактиду, роблячи матеріал менш кристалічним і трохи швидше, контрольованіше деградуючим. Другий і третій, два композити того самого полімеру з β-трикальційфосфатом (β-ТКФ) у концентраціях 10% та 24%. Матеріали виготовляли методом твін-екструзії з подальшим самоармуванням, технологією, яка орієнтує молекулярні ланцюги полімеру вздовж осі імпланту, помітно підвищуючи механічну міцність готового виробу. Циліндричні зразки (6 мм у діаметрі, 8 мм у довжину) імплантували у критичні дефекти латерального мищелка стегнової кістки, усього 54 циліндри в 27 кролів, розподілених на групи спостереження 24, 48 і 76 тижнів. Методологічна ретельність цього дослідження вражає навіть за сучасними стандартами. Дослідники застосували мікро-КТ для об’ємної кількісної оцінки, скануючу електронну мікроскопію із зворотнорозсіяними електронами для деталізованого вивчення межі кістка-імплант, поляризаційну мікроскопію зі спеціальним фільтром, що дозволяла чітко розрізняти орієнтований колаген нової кістки, м’які тканини й частинки β-ТКФ. Найвитонченішим прийомом стало флуоресцентне мічення живих тварин двома ін’єкціями тетрацикліну за 10 і 2 дні до евтаназії, що буквально «підсвічувало» активну зону росту кістки саме в момент, максимально близький до завершення спостереження.

Розбіжність шляхів: коли гідроліз стає видимим

Перші 24 тижні пройшли для всіх трьох груп відносно спокійно: гідроліз естерних зв’язків у поліефірному ланцюгу лише розпочався, суттєвих видимих відмінностей ще не спостерігалося. Але між 24-м і 76-м тижнем шляхи трьох матеріалів принципово розійшлися. У групі чистого полімеру до 76-го тижня почалася масштабна деградація: імплант почав виділяти дрібні частинки безпосередньо в тканину, а навколо нього з’явилися чіткі гістологічні ознаки локалізованої резорбції прилеглої кістки. Простими словами, організм почав розбирати власну, вже сформовану периферійну кістку швидше й хаотичніше, ніж полімер контрольовано звільняв для неї простір. Обидва композити з β-ТКФ поводилися принципово інакше. Так, прямий контакт із кісткою з часом дещо зменшувався і в них, це природний наслідок будь-якої деградації. Але кісткові трабекули залишалися прикріпленими саме перпендикулярно до поверхні імпланту, у прямому фізичному контакті з частинками кальцій-фосфату, навіть коли навколишня полімерна матриця вже помітно розкладалася. На 76-му тижні контакт кістки з композитом, що містив 24% β-ТКФ, виявився на 64% вищим, ніж із чистим полімером. За даними мікро-КТ, тривимірна втрата контакту кістки для чистого полімеру на цьому терміні досягла 54%, тоді як для обох композитів вона була суттєво меншою. Проте найпереконливішим доказом стало саме флуоресцентне мічення: активне ремоделювання кістки на межі імплант-кістка зберігалося протягом усього періоду спостереження виключно в групах з β-ТКФ. У групі чистого полімеру після 48-го тижня жодної активної кісткової перебудови на межі вже не фіксувалося: межа, за висловом самих авторів, просто «замовкла».

Хімія буферизації: чому мінерал заспокоює кислотність

Механізм пояснюється базовою хімією деградації поліефірів. Коли аліфатичний поліефір гідролізується, молекули води атакують естерні зв’язки в ланцюгу, утворюючи карбоксильні кінцеві групи й кислі продукти розпаду, молочну кислоту та її похідні олігомери. У певних концентраціях ці продукти можуть локально знижувати pH тканинного середовища, дратуючи прилеглі клітини та провокуючи посилену, непрогнозовану резорбцію, саме те, що спостерігалося у групі чистого полімеру. Кальцій-фосфатні частинки в композиті працюють як внутрішній хімічний буфер: вони поступово виділяють базові іони кальцію та фосфату, які нейтралізують кислі продукти гідролізу прямо в місці їхнього утворення, не даючи локальному pH відхилятися надто далеко від фізіологічної норми. Це елегантне, майже самодостатнє рішення однієї з фундаментальних проблем усього класу резорбуючих поліефірних імплантів. Саме цей принцип, контрольована, самобуферизована деградація матриці, узгоджена з поступовим наростанням остеокондуктивної активності мінеральної фази, лежить в основі підходу, застосованого у ResorBone™, з якого 3D-друкуються імпланти biodrook. У дослідженні Daculsi et al. тестувалася конкретна система P(96L/4D)LA/β-ТКФ, а не ResorBone™ і не вироби biodrook напряму. Але ця робота залишається однією з найтриваліших і методологічно найретельніших доказових баз про те, як подібні композити реально поводяться в живій кістковій тканині протягом справжнього, «людського» терміну загоєння, не тижнів, а місяців і навіть років.     Ця стаття є науково-популярним оглядом опублікованого дослідження і не є рекламним твердженням про властивості конкретного медичного виробу. Відповідність і клінічну ефективність імплантів biodrook підтверджує власна документація виробника. Джерело: Daculsi G, Goyenvalle E, Cognet R, Aguado E, Suokas EO. Osteoconductive properties of poly(96L/4D-lactide)/beta-tricalcium phosphate in long term animal model. Biomaterials. 2011;32:3166–3177. doi:10.1016/j.biomaterials.2011.01.033