Офтальмохирургия. 2016; : 20-28
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА РОСТА RHBMP-2 В СОСТАВЕ КОЛЛАГЕНОВОГО НОСИТЕЛЯ НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОГОВИЦЫ
https://doi.org/undefinedАннотация
При тяжелых ожоговых бельмах, когда кератопластика является неэффективной, единственным методом восстановления зрения является кератопротезирование. Низкие биомеханические характеристики бельм значительно усложняют операцию и сказываются на развитии осложнений, для профилактики и лечения которых разработаны укрепляющие методики с использованием аутологичных тканей. Однако их применение имеет ряд трудностей, таких как отбор и моделирование трансплантатов нужной формы, слабые адаптационные возможности материала и его лизис в послеоперационном периоде. В настоящей работе предложен новый способ повышения биомеханических свойств бельм роговицы путем имплантации коллагеновой мембраны с фактором роста костной ткани rhBMP-2 в строму роговицы. Экспериментально доказано увеличение прочностных характеристик роговицы через 2-3 недели после имплантации коллагеновой мембраны с rhBMP-2.
Цель. Оценка влияния rhBMP-2 в составе коллагеновой мембраны на морфологические и биомеханические характеристики роговицы.
Материал и методы. Работа выполнена на 18 кроликах породы шиншилла. Для приготовления имплантатов (коллагеновых мембран) использовали стерильный раствор 2% очищенного нативного коллагена крысы I типа («ИМТЕК»), в который добавляли стерильный раствор rhBMP-2 (ФНИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи). Полученная коллагеновая мембрана имплантирована в интрастромальный «от лимба до лимба» карман роговицы. Срок эксперимента составил 90 суток. Препараты роговицы исследованы на предмет морфологии и биомеханики.
Результаты. В послеоперационном периоде наблюдали интенсивный ангиогенез с умеренной воспалительной реакцией, которая стихала на 8-е сутки. Гистологическое исследование выявило приживление имплантата с последующим его замещением молодой соединительной тканью. Исследование биомеханических свойств показало значительное увеличение прочностных характеристик роговицы в месте имплантации.
Выводы. Доказана принципиальная возможность изменения морфологических и биомеханических свойств тканей роговицы под действием фактора роста rhBMP-2, что является перспективным направлением для укрепления бельм на различных этапах кератопротезирования и требует дальнейшего изучения.
Список литературы
1. Бедило В.Я., Тарабукин В.И. Значение трансплантации тканей для профилактики разрушений роговицы при ее протезировании // Офтальм. журнал. – 1979. – № 7. – С. 394-396.
2. Войно-Ясенецкий В.В. Разрастание и изменчивость тканей глаза при его заболеваниях и травмах. – Киев, 1979. – 184 с.
3. Гундорова Р.А., Бойко А.В., Ченцова Е.В. Аутотрансплантация хрящевой ткани при хирургическом лечении послеожоговых бельм // Вестник офтальмологии. – 1982. – № 3. – С. 22-25.
4. Гундорова Р.А., Илуридзе С.Л., Макаров П.В. и др. Иммунологические критерии прогноза кератопластики при бельмах различной этиологии // Катарактальная и рефракционная хирургия. – 2011. – № 2. – С. 28-31.
5. Калинников Ю.Ю. Оптическое биокератопротезирование ожоговых бельм: Дис. … д-ра мед. наук. – М., 2005. – 303 с.
6. Нероев В.В., Гундорова Р.А., Макаров П.В. Ожоги глаз. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. – 224 с.
7. Мороз З.И. Медико-технологическая система оптического кератопротезирования: Дис. … д-ра мед. наук. – М., 1987. – 312 с.
8. Пучковская Н.А., Якименко С.А., Непомящая В.М. Ожоги глаз. – М.: Медицина, 2001. – 272 с.
9. Ушаков Н.А. О выборе рационального способа укрепления бельма в интересах сквозного кератопротезирования // Вестник офтальмологии. – 1973. – № 2. – С. 7-10.
10. Федоров С.Н., Мороз З.И., Зуев В.К. Кератопротезирование. – М.: Медицина, 1982. – 144 с.
11. Ченцова Е.В. Система патогенетически обоснованного лечения ожоговой травмы глаз: Дис. … д-ра мед. наук. – М., 1996. – 304 с.
12. Brown R.A., Phillips J.B. Cell responses to biomimetic protein scaffolds used in tissue repair and engineering // Int. Rev. Cytol. – 2007. – Vol. 262. – P. 75-150.
13. Jin C.Z., Park S.R., Choi B.H. et al. In vivo cartilage tissue engineering using a cellderived extracellular matrix scaffold // Artif. Organs. – 2007. – Vol. 31, № 3. – P. 183-192.
14. Lavik E., Langer R. Tissue engineering: current state and perspectives // Appl. microbiol. Biotechnol. – 2004. – Vol. 65, № 1. – P. 1-8.
15. Mesa J.M., Zaporojan V., Weinand C. et al. Tissue engineering cartilage with aged articular chondrocytes in vivo // Plast. Reconstr. Surg. – 2006. – Vol. 118, № 1. – P. 41-49.
16. Mikos A.G., Herring S.W., Ochareon P. et al. Engineering complex tissues // Tissue Eng. 2006. – Vol. 12, № 12. – P. 3307-3339.
17. Osidak E.O., Osidak M.S., Sivogrivov D.E. et al. Regulation of the binding of the BMP-2 growth factor with collagen by blood plasma fibronectin // Prikl. biokhim. Mikrobiol. – 2014. – Vol. 50, № 2. – P. 226-231.
18. Sampath T.K., Rashka K.E., Doctor J.S. et al. Drosophila transforming growth factor beta superfamily proteins induce endochondral bone formation in mammals // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 1993. – Vol. 90, № 13. – P. 6004-6008.
19. Simmonds M.C., Brown J.V., Heirs M.K. et al. Safety and effectiveness of recombinant human bone morphogenetic protein-2 for spinal fusion: a meta-analysis of individualparticipant data // Ann. Intern. Med. – 2013. – Vol. 158, № 12. – P. 877-889.
20. Wang E.A., Rosen V., D’Alessandro J.S. et al. Recombinant human bone morphogenetic protein induces bone formation // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 1990. – Vol. 87, № 6. – P. 2220-2224.
21. Whu S.W., Hung K.C., Hsieh K.H. et al. In vitro and in vivo evaluation of chitosan-gelatin scaffolds for cartilage tissue engineering // Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. – 2013. – Vol. 33, № 5. – P. 2855-2863.
22. Yang Q., Peng J., Guo Q. et al. A cartilage ECM-derived 3-D porous acellular matrix scaffold for in vivo cartilage tissue engineering with PKH26-labeled chondrogenic bone marrow-derived mesenchymal stem cells // Biomaterials. – 2008. – Vol. 29, № 15. – P. 2378-2387.
Fyodorov Journal of Ophthalmic Surgery. 2016; : 20-28
INFLUENCE OF RHBMP-2 GROWTH FACTOR IN COMPOSITION WITH COLLAGEN CARRIER ON MORPHOLOGICAL AND BIOMECHANICAL CHARACTERISTICS OF CORNEA
https://doi.org/undefinedAbstract
In case of severe burn leukomas when keratoplasty is ineffective, the only way to restore vision is keratoprosthetics. Low biomechanical characteristics of leukoma make the surgery significantly more difficult and affect the development of complications, for their prevention and treatment the techniques strengthening cornea using autologous tissue are elaborated. However, their use has a number of difficulties, such as the selection and simulation of grafts in necessary form, weak adaptive capacity of the material and its lysis in the postoperative period. In this paper a new method is presented to improve biomechanical properties of the corneal leukoma using the implantation of collagen membrane with the growth factor of bone rhBMP-2 inthe corneal stroma. An increase of the strength characteristics of cornea 2-3 weeks after the implantation of collagen membrane with rhBMP-2 was proved experimentally.
Purpose. To assess the impact of rhBMP-2 in a collagen membrane composition of the carrier on morphological and biomechanical characteristics of the cornea.
Material and methods. The study was performed in 18 rabbits of the chinchilla breed. For a preparation of the implants (collagen membranes) we used a sterile 2% solution of the purified native rat collagen of the type I («IMTEK»), to which a sterile solution of rhBMP-2 (produced by the N.F. Gamaleya Center of Epidemiology and Microbiology) was added. The obtained collagen membrane was implanted into the intrastromal «from limbus to limbus» corneal pocket. The experimental period was 90 days. Corneal samples were investigated for morphology and biomechanics.
Results. In the postoperative period an intense angiogenesis was observed with a moderate inflammatory reaction, which subsided on the 8th day. Histological examination revealed a graft retention followed by its replacement by young connective tissue. A study of the biomechanical properties showed a significant increase in the strength characteristics of the cornea i n the site of implant ation.
Conclusions. The feasibility of morphological and biomechanical properties changes of the corneal tissue under the action of growth factor rhBMP-2 is proved. This is a promising direction for leukoma strengthening at various stages of keratoprosthetics and requires a further study.
References
1. Bedilo V.Ya., Tarabukin V.I. Znachenie transplantatsii tkanei dlya profilaktiki razrushenii rogovitsy pri ee protezirovanii // Oftal'm. zhurnal. – 1979. – № 7. – S. 394-396.
2. Voino-Yasenetskii V.V. Razrastanie i izmenchivost' tkanei glaza pri ego zabolevaniyakh i travmakh. – Kiev, 1979. – 184 s.
3. Gundorova R.A., Boiko A.V., Chentsova E.V. Autotransplantatsiya khryashchevoi tkani pri khirurgicheskom lechenii posleozhogovykh bel'm // Vestnik oftal'mologii. – 1982. – № 3. – S. 22-25.
4. Gundorova R.A., Iluridze S.L., Makarov P.V. i dr. Immunologicheskie kriterii prognoza keratoplastiki pri bel'makh razlichnoi etiologii // Kataraktal'naya i refraktsionnaya khirurgiya. – 2011. – № 2. – S. 28-31.
5. Kalinnikov Yu.Yu. Opticheskoe biokeratoprotezirovanie ozhogovykh bel'm: Dis. … d-ra med. nauk. – M., 2005. – 303 s.
6. Neroev V.V., Gundorova R.A., Makarov P.V. Ozhogi glaz. – M.: GEOTAR-Media, 2013. – 224 s.
7. Moroz Z.I. Mediko-tekhnologicheskaya sistema opticheskogo keratoprotezirovaniya: Dis. … d-ra med. nauk. – M., 1987. – 312 s.
8. Puchkovskaya N.A., Yakimenko S.A., Nepomyashchaya V.M. Ozhogi glaz. – M.: Meditsina, 2001. – 272 s.
9. Ushakov N.A. O vybore ratsional'nogo sposoba ukrepleniya bel'ma v interesakh skvoznogo keratoprotezirovaniya // Vestnik oftal'mologii. – 1973. – № 2. – S. 7-10.
10. Fedorov S.N., Moroz Z.I., Zuev V.K. Keratoprotezirovanie. – M.: Meditsina, 1982. – 144 s.
11. Chentsova E.V. Sistema patogeneticheski obosnovannogo lecheniya ozhogovoi travmy glaz: Dis. … d-ra med. nauk. – M., 1996. – 304 s.
12. Brown R.A., Phillips J.B. Cell responses to biomimetic protein scaffolds used in tissue repair and engineering // Int. Rev. Cytol. – 2007. – Vol. 262. – P. 75-150.
13. Jin C.Z., Park S.R., Choi B.H. et al. In vivo cartilage tissue engineering using a cellderived extracellular matrix scaffold // Artif. Organs. – 2007. – Vol. 31, № 3. – P. 183-192.
14. Lavik E., Langer R. Tissue engineering: current state and perspectives // Appl. microbiol. Biotechnol. – 2004. – Vol. 65, № 1. – P. 1-8.
15. Mesa J.M., Zaporojan V., Weinand C. et al. Tissue engineering cartilage with aged articular chondrocytes in vivo // Plast. Reconstr. Surg. – 2006. – Vol. 118, № 1. – P. 41-49.
16. Mikos A.G., Herring S.W., Ochareon P. et al. Engineering complex tissues // Tissue Eng. 2006. – Vol. 12, № 12. – P. 3307-3339.
17. Osidak E.O., Osidak M.S., Sivogrivov D.E. et al. Regulation of the binding of the BMP-2 growth factor with collagen by blood plasma fibronectin // Prikl. biokhim. Mikrobiol. – 2014. – Vol. 50, № 2. – P. 226-231.
18. Sampath T.K., Rashka K.E., Doctor J.S. et al. Drosophila transforming growth factor beta superfamily proteins induce endochondral bone formation in mammals // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 1993. – Vol. 90, № 13. – P. 6004-6008.
19. Simmonds M.C., Brown J.V., Heirs M.K. et al. Safety and effectiveness of recombinant human bone morphogenetic protein-2 for spinal fusion: a meta-analysis of individualparticipant data // Ann. Intern. Med. – 2013. – Vol. 158, № 12. – P. 877-889.
20. Wang E.A., Rosen V., D’Alessandro J.S. et al. Recombinant human bone morphogenetic protein induces bone formation // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 1990. – Vol. 87, № 6. – P. 2220-2224.
21. Whu S.W., Hung K.C., Hsieh K.H. et al. In vitro and in vivo evaluation of chitosan-gelatin scaffolds for cartilage tissue engineering // Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. – 2013. – Vol. 33, № 5. – P. 2855-2863.
22. Yang Q., Peng J., Guo Q. et al. A cartilage ECM-derived 3-D porous acellular matrix scaffold for in vivo cartilage tissue engineering with PKH26-labeled chondrogenic bone marrow-derived mesenchymal stem cells // Biomaterials. – 2008. – Vol. 29, № 15. – P. 2378-2387.
