Регенерація кістки на фоні локального впливу інсуліноподібного фактору росту-1 (експериментальне дослідження)

Abstract

The problem of the optimization and stimulation of bone regeneration in orthopedics and traumatology is particularly relevant in the presence of large size and complex bone defects. Among the numerous growth factors insulin-like growth factor-1 (IGF-1) is one of the most important hormonal mediators and regulators of growth hormone. IGF-1 may act on bone tissue both systemically and locally. IGF-1 regulates the growth, development and differentiation of cells and tissues and in particular of bone tissue. However, it should be noted that most existing studies consider of the IGF-1 influence on the bone tissue growth, development and metabolism with study of the mechanism of its action at the molecular level. Action of IGF-1 on bone regeneration, especially in the early stages of the fracture healing was shown insufficient.Purpose: to study peculiarities of bone osteogenesis in bone defect created in rats’ femur after local impact of IGF-1 with using of morphological methods.Methods: experimental study was performed on 30 white outbred laboratory rats (2 month old, weight 150 ±15 g). Two groups of experiments were carried out:1st group – modeling perforated defect in the distal metaphysis of the femur (control, 15 animals);2nd group – modeling perforated defect in the distal metaphysis of the femur and the treatment of animals with IGF-1 (experimental, 15 animals).0.08 microgram of IGF-1 was introduced in the defects of experimental animals at 1st and 3rd days after surgery.For morphological study the animals were sacrificed in 3, 5, 7, 14 and 21 days after surgery.We used morphological, morphometric and transmission electron microscopic methods for assessing of bone repair process. Morphometry of areas of newly formed bone in the defect was performed.Results: during electron microscopic analysis of the bone defect area at the distal metaphysis of the femur of rats treated with IGF-1 (3rd day after surgery) it was shown that functionally active macrophages with numerous secondary lysosomes and phagosomes in the cytoplasm were located in hematoma. That reflects more active process of bone wound cleaning from fibrin degradation products than in the control group. During ultrastructural analysis of the bone defect of rats treated with IGF-1 on the 5th day after surgery functional activity of fibroblasts was demonstrated. On the 7th day density of osteoblasts increased in the experimental animals as compared with control group. The improvement of quality of the adjacent bone was shown. Apposition formation of bone in lysis areas, cracks and fissures was founded. Bone area in the defect of experimental animals was increased by 19.86 % on the 14th day and by 24.78 % on the 21st day as compared with control animals.Conclusions: IGF-1 stimulates bone osteogenesis.

В результате экспериментальных исследований, проведенных на 30 белых лабораторных крысах, установлено, что двукратное локальное введение инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1) стимулирует репаративный остеогенез в костном дефекте, смоделированном в дистальном метафизе бедренной кости. Так, на ранних сроках наблюдения (3-и сутки) в области дефекта у пролеченных животных была повышена плотность малодифференцированных стромальных клеток и фибробластов в зоне перестройки кровяного сгустка. Одновременно у контрольных крыс фибробласты обнаружены лишь в грануляционной ткани, расположенной в межтрабекулярных пространствах губчатой кости. Электронно-микроскопический анализ показал, что на 3-и сутки наблюдения в регенерате крыс, пролеченных ИФР-1, активнее, чем у контрольных, протекали процессы очистки костной раны от продуктов деструкции фибрина. На это указывает наличие в кровяном сгустке многочисленных функционально активных макрофагов с большим количеством вторичных лизосом и фагосом в цитоплазме. Доказано, что на 5-е сутки после выполнения дефекта в области костного регенерата крыс, пролеченных ИФР-1, располагались фибробласты в состоянии высокой функциональной активности и преостеобласты. На 7-е сутки плотность остеобластов была повышенной в опытной серии по сравнению с контрольной. Выявлено повышение качества прилегающей к участку дефекта костной ткани благодаря аппозиционному наслоению кости в участках лизиса, трещинах и щелях. В процессе проведения морфометрического анализа установлено, что на 14 и 21-е сутки площадь костной ткани в дефектах животных опытной серии была повышена по сравнению с контролем на 19,86 и 24,78 % соответственно.

У результаті експериментальних досліджень, проведених на 30 білих лабораторних щурах, встановлено, що дворазове локальне введення інсуліноподібного фактору росту-1 (ІФР-1) стимулює репаративний остеогенез у кістковому дефекті, який моделювали в дистальному метафізі стегнової кістки. Так, на ранніх термінах спостереження (3-я доба) у ділянці дефекту пролікованих тварин була підвищена щільність малодиференційованих стромальних клітин і фібробластів у зоні перебудови кров’яного згустку. Водночас у контрольних щурів фібробласти виявлені лише в грануляційній тканині, розташованій у міжтрабекулярних просторах губчастої кістки. Електронно-мікроскопічний аналіз показав, що на 3-ю добу спостереження в регенераті щурів, пролікованих ІФР-1, активніше, ніж в контрольних, перебігали процеси очищення кісткової рани від продуктів деструкції фібрину. На це вказує наявність у кров’яному згустку численних функціонально активних макрофагів зі значною кількістю вторинних лізосом та фагосом у цитоплазмі. Доведено, що на 5-у добу після виконання дефекту в ділянці кісткового регенерату щурів, пролікованих ІФР-1, розташовувалися фібробласти в стані високої функціональної активності та преостеобласти. На 7-у добу щільність остеобластів була підвищеною в дослідній серії порівняно з контрольною. Виявлено підвищення якості прилеглої до ділянки дефекту кісткової тканини через апозиційне нашарування кістки в ділянках лізису, тріщинах та щілинах. У процесі проведення морфометричного аналізу встановлено, що на 14 та 21-у добу площа кісткової тканини в дефектах тварин дослідної серії була підвищеною порівняно з контролем на 19,86 та 24,78 % відповідно.