Біотехнологічні аспекти розробки та виготовлення живого еквівалента кістки

Abstract

Objective. To handle biotechnological aspects in manufacturing processes of three-dimensional living bone equivalent for restoration of critical sized bone defects for innovative treatment of combat-related casualties. Methods. To fabricate living bone equivalent we used devitalized xenogeneic bone scaffolds (DBM chips) and autologous fibrin hydrogel seeded with autologous cultured bone marrow-derived multipotent mesenchymal stem/stromal cells (BM-MSCs). Quality/identity control of cell cultures was assured by donor and cell culture infection screening (IFA, PCR), flow cytometry (cell phenotype), karyotyping (GTG banding), functional assays (CFU assay, multilineage differentiation assay). Results. The BM-MSC cultures had a normal karyotype and appropriate phenotype, multilinear differentiation potential and functional properties, appropriate CFU frequency and hadn’t any signs of cell senescence. The FDA/PI combined staining showed the demineralized bone chips’ regular seeding with viable cells. Conclusions. An actual regenerative medicine approach to organ-saving transplantation of the three-dimensional living bone equivalent for combat-related casualties requires further preclinical and clinical approbation for thorough studies on the bone integrity restoration, forming new bone tissue in a site of bone defect, and duration of rehabilitation period compared to the gold standard of the conventional bone defect cure.

Мета. Вивчити біотехнологічні аспекти процесу виробництва тривимірного живого еквівалента кістки для відновлення кісткових дефектів критичного розміру. Методи. Для його виготовлення живого еквівалента кістки використовували девіталізовані ксеногенні кісткові каркаси (чіпси з демінералізованого кісткового матриксу) й аутологічний фібриновий гідрогель, попередньо засіяні аутологічними культивованими мультипотентними мезенхімальними стовбуровими/стромальними клітинами кісткового мозку (МСК-КМ). Контроль якості/ідентичності клітинних культур для еквіваленту включав: інфекційний скринінг донора та саме культури клітин (ІФА, ПЛР), проточну цитометрію (фенотип клітин), каріотипування (G-забарвлення), функціональні тести (КУОф-аналіз, аналіз диференціювання на мультипотентність). Результати. Культури МСК-КМ мали нормальний каріотип і відповідний для МСК фенотип, потенціал до відповідного мультипотентного диференціювання, доцільну частоту КУОф і не мали ознак старіння клітинної культури. Комбіноване фарбування FDA/PI показало рівномірне розподілення життєздатних клітин на демінералізованих кісткових чипсах. Висновки. Сучасний підхід із використанням методів регенеративної медицини до органозбережної трансплантації тривимірного живого еквівалента кістки потребує подальшої доклінічної та клінічної апробації, включаючи проведення ретельних досліджень щодо ефективності відновлення цілісності кістки, формування нової кісткової тканини в місці кісткового дефекту та порівняння тривалості реабілітаційного періоду з «золотим стандартом» традиційного лікування дефектів кісток.