Сравнительный анализ эффективности протоколов очистки костного матрикса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Данная статья описывает протокол очистки ксеногенного костного матрикса, испытанный коллективом авторов в статье «Определение эффективности протокола децеллюляризации ксеногенного костного матрикса в исследованиях in vitro и in vivo» (результаты испытаний были описаны в журнале «Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова», 2023, том 30, № 4, с. 435–447, doi: https://doi.org/10.17816/vto622849).

Цель. Провести сравнительный анализ методов физической и химической очистки ксеногенной спонгиозной костной ткани посредством томографического, морфологического исследований.

Материалы и методы. Ксеногенную спонгиозную ткань бедренных костей крупного рогатого скота фрагментировали до размеров 10×10×10 мм и обрабатывали водой, гипертоническим, гипотоническим растворами и 3% или 6% раствором перекиси водорода в различных сочетаниях. Затем применяли глубокую вторичную очистку органическими растворителями или методом сверхкритической флюидной экстракции, после чего проводили ЯМР 1Н с целью определения следов реагентов. Эффективность оптимального протокола определяли с помощью гистологического и томографического исследований с расчётом коэффициента очистки по денситометрическим показателям.

Результаты. В соответствии с расчётным по денситометрическим показателям коэффициентом очистки, межтрабекулярное пространство костной ткани после воздействия проточной водой и гипо- и гипертоническими растворами с последующей очисткой 3% раствором H2O2 недостаточно очищено, гистологический анализ показал наличие от 0 до 60% остеоцитов для разных протоколов очистки. При замене на 6% раствор H2O2 коэффициент очистки выше, однако наблюдается деструкция костной ткани. Дополнительная глубокая очистка позволяет добиться высокой степени очистки при сохранности структуры, но при применении органических растворителей их следы обнаруживаются в матриксе, в связи с чем более эффективным является использование сверхкритической флюидной экстракции.

Заключение. Последовательное использование проточной воды, 0,5% раствора NaCl, 3% раствора H2O2 с последующей обработкой в ск-CO2 является эффективным протоколом очистки ксеногенной спонгиозной костной ткани.

Об авторах

Дмитрий Владимирович Смоленцев

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова

Автор, ответственный за переписку.
Email: SmolentsevDV@cito-priorov.ru
ORCID iD: 0000-0001-5386-1929
SPIN-код: 3702-1955
Scopus Author ID: 5720113218
ResearcherId: AAI-2081-2020
Россия, 127299, Москва, ул. Приорова, 10

Юлия Сергеевна Лукина

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: lukina_rctu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0121-1232
SPIN-код: 2814-7745

кандидат технических наук

Россия, 127299, Москва, ул. Приорова, 10; Москва

Леонид Львович Бионышев-Абрамов

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова

Email: sity-x@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-1326-6794
SPIN-код: 1192-3848
Россия, 127299, Москва, ул. Приорова, 10

Наталья Борисовна Сережникова

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова; Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет)

Email: natalia.serj@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4097-1552
SPIN-код: 2249-9762

кандидат биологических наук

Россия, 127299, Москва, ул. Приорова, 10; Москва

Максим Геннадьевич Васильев

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова

Email: VasilevMG@cito-priorov.ru
ORCID iD: 0000-0001-9810-6513
SPIN-код: 7954-6710

кандидат медицинских наук

Россия, 127299, Москва, ул. Приорова, 10

Список литературы

  1. Dickson G., Buchanan F., Marsh D., et al. Orthopaedic tissue engineering and bone regeneration // Technol Health Care. 2007. Vol. 15, № 1. Р. 57–67.
  2. Brydone A.S., Meek D., Maclaine S. Bone grafting, orthopaedic biomaterials, and the clinical need for bone engineering // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 2010. Vol. 224, № 12. Р. 1329–1343. doi: 10.1243/09544119jeim770
  3. Vo T.N., Kasper F.K., Mikos A.G. Strategies for controlled delivery of growth factors and cells for bone regeneration // Advanced Drug Delivery Reviews. 2012. Vol. 64, № 12. Р. 1292–1309. doi: 10.1016/j.addr.2012.01.016
  4. Belthur M.V., Conway J.D., Jindal G., Ranade A., Herzenberg J.E. Bone graft harvest using a new intramedullary system // Clin Orthop. 2008. Vol. 466, № 12. Р. 2973–2980. doi: 10.1007/s11999-008-0538-3
  5. Conway J.D. Autograft and nonunions: morbidity with intramedullary bone graft versus iliac crest bone graft // Orthop Clin North Am. 2010. Vol. 41, № 1. Р. 75–84. doi: 10.1016/j.ocl.2009.07.006
  6. Schwartz C.E., Martha J.F., Kowalski P., et al. Prospective evaluation of chronic pain associated with posterior autologous iliac crest bone graft harvest and its effect on postoperative outcome // Health Qual Life Outcomes. 2009. Vol. 7. Р. 49. doi: 10.1186/1477-7525-7-49
  7. Sen M.K., Miclau T. Autologous iliac crest bone graft: should it still be the gold standard for treating nonunions? // Injury. 2007. Vol. 38, suppl 1. Р. S75–S80. doi: 10.1016/j.injury.2007.02.012
  8. Thangarajah T., Shahbazi S., Pendegrass C.J., et al. Tendon Reattachment to Bone in an Ovine Tendon Defect Model of Retraction Using Allogenic and Xenogenic Demineralised Bone Matrix Incorporated with Mesenchymal Stem Cells // PLoS One. 2016. Vol. 11, № 9. Р. e0161473. doi: 10.1371/journal.pone.0161473
  9. Musson D.S., Gao R., Watson M., et al. Bovine bone particulates containing bone anabolic factors as a potential xenogenic bone graft substitute // J Orthop Surg Res. 2019. Vol. 14, № 1. Р. 60. doi: 10.1186/s13018-019-1089-x
  10. Sackett S.D., Tremmel D.M., Ma F., et al. Extracellular matrix scaffold and hydrogel derived from decellularized and delipidized human pancreas // Sci Rep. 2018. Vol. 8, № 1. Р. 1–16. doi: 10.1038/s41598-018-28857-1
  11. Hussey G.S., Dziki J.L., Badylak S.F. Extracellular matrix-based materials for regenerative medicine // Nat Rev Mater. 2018. Vol. 3, № 7. Р. 159–73. doi: 10.1038/s41578-018-0023-x
  12. Hillebrandt K.H., Everwien H., Haep N., et al. Strategies based on organ decellularization and recellularization // Transpl Int. 2019. Vol. 32, № 6. Р. 571–85. doi: 10.1111/tri.13462
  13. Saldin L.T., Cramer M.C., Velankar S.S., White L.J., Badylak S.F. Extracellular matrix hydrogels from decellularized tissues: Structure and function // Acta Biomater. 2017. Vol. 49. Р. 1–15. doi: 10.1016/j.actbio.2016.11.068
  14. Gardin C., Ricci S., Ferroni L., et al. Decellularization and Delipidation Protocols of Bovine Bone and Pericardium for Bone Grafting and Guided Bone Regeneration Procedures // PLoS One. 2015. Vol. 10, № 7. Р. e0132344. doi: 10.1371/journal.pone.0132344
  15. Amirazad H., Dadashpour M., Zarghami N. Application of decellularized bone matrix as a bioscaffold in bone tissue engineering // Journal of biological engineering. 2022. Vol. 16, № 1. Р. 1–18. doi: 10.1186/s13036-021-00282-5
  16. Carvalho M.S., Cabral J.M.S., da Silva C.L., Vashishth D. Bone matrix non-collagenous proteins in tissue engineering: creating new bone by mimicking the extracellular matrix // Polymers. 2021. Vol. 13, № 7. Р. 1095. doi: 10.3390/polym13071095
  17. Keane T.J., Swinehart I.T., Badylak S.F. Methods of tissue decellularization used for preparation of biologic scaffolds and in vivo relevance // Methods. 2015. Vol. 84. Р. 25–34. doi: 10.1016/j.ymeth.2015.03.005
  18. Nonaka P.N., Campillo N., Uriarte J.J., et al. Effects of freezing/thawing on the mechanical properties of decellularized lungs // J Biomed Mater Res — Part A. 2014. Vol. 102, № 2. Р. 413–419. doi: 10.1002/jbm.a.34708
  19. Lu H., Hoshiba T., Kawazoe N., Chen G. Comparison of decellularization techniques for preparation of extracellular matrix scaffolds derived from three-dimensional cell culture // J Biomed Mater Res — Part A. 2012. Vol. 100A, № 9. Р. 2507–2516. doi: 10.1002/jbm.a.34150
  20. Crapo P.M., Gilbert T.W., Badylak S.F. An overview of tissue and whole organ decellularization processes // Biomaterials. 2011. Vol. 32, № 12. Р. 3233–3243. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.01.057
  21. Burk J., Erbe I., Berner D., et al. Freeze-thaw cycles enhance decellularization of large tendons // Tissue Eng Part C Methods. 2014. Vol. 20, № 4. Р. 276–284. doi: 10.1089/ten.tec.2012.0760
  22. Xu H., Xu B., Yang Q., et al. Comparison of decellularization protocols for preparing a decellularized porcine annulus fibrosus scaffold // PLoS One. 2014. Vol. 9, № 1. Р. e86723. doi: 10.1371/journal.pone.0086723
  23. Smith C.A., Board T.N., Rooney P., et al. Correction: human decellularized bone scaffolds from aged donors show improved osteoinductive capacity compared to young donor bone // PLoS One. 2017. Vol. 12, № 11. Р. e0177416. doi: 10.1371/journal.pone.0187783
  24. Cox B., Emili A. Tissue subcellular fractionation and protein extraction for use in mass-spectrometry-based proteomics // Nat Protoc. 2006. Vol. 1, № 4. Р. 1872e8. doi: 10.1038/nprot.2006.273
  25. Xu C.C., Chan R.W., Tirunagari N. A biodegradable, acellular xenogeneic scaffold for regeneration of the vocal fold lamina propria // Tissue Eng. 2007. Vol. 13, № 3. Р. 551e66. doi: 10.1089/ten.2006.0169
  26. Liao J., Xu B., Zhang R., et al. Applications of decellularized materials in tissue engineering: advantages, drawbacks and current improvements, and future perspectives // Journal of Materials Chemistry B. 2020. Vol. 8, № 44. Р. 10023–10049. doi: 10.1039/d0tb01534b
  27. Fulmer G.R., Miller A.J.M., Sherden N.H., et al. NMR Chemical Shifts of Trace Impurities: Common Laboratory Solvents, Organics, and Gases in Deuterated Solvents Relevant to the Organometallic Chemist // Organometallics. 2010. Vol. 29, № 9. Р. 2176–2179. doi: 10.1021/om100106e
  28. Antons J., Marascio M.G., Aeberhard P. Decellularised tissues obtained by a CO2-philic detergent and supercritical CO2 // Eur Cell Mater. 2018. Vol. 36. Р. 81–95. doi: 10.22203/eCM.v036a07/
  29. Smolentsev D.V., Gurin A.A., Venediktov A.A., Evdokimov S.V., Fadeev R.A. Purification of xenogeneic bone matrix by extractionwith supercritical carbon dioxide and evaluation of the obtained material // Russ J Phys Chem B. 2017. Vol. 11, № 8. Р. 1283–1287. doi: 10.1134/S1990793117080115
  30. Bernhardt A., Wehrl M., Paul B. Improved sterilization of sensitive biomaterials with supercritical carbon dioxide at low temperature // PLoS One. 2015. Vol. 10, № 6. Р. e0129205. doi: 10.1371/journal.pone.0129205

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зона интереса для расчёта денситометрических показателей.

Скачать (125KB)
Метаданные
3. Таблица 4. Результаты томографического исследования

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Таблица 5. Микроскопия образцов ксеногенного костного матрикса

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 2. Результаты томографического исследования образца, очищенного по методике 4-3: a — 3D-реконструкция, b — микро-КТ срез.

Скачать (334KB)
Метаданные
6. Рис. 3. Микроскопия образца, очищенного по методике 4-3: a — светлопольная, гематоксилин-эозин, увеличение ×50; b — поляризационная, пикросириус красный, увеличение ×50; c — фазово-контрастная, гематоксилин-эозин, увеличение ×10.

Скачать (238KB)
Метаданные
7. Рис. 4. ЯМР-спектры экстрактов из образцов, очищенных: a — этанолом+хлороформом (4-1), b — гексаном+пропанолом (4-2), c — ск-СО₂ (4-3).

Скачать (461KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».