Inżynieria tkankowa w chirurgii stomatologicznej – przegląd nowych materiałów i technik

Współczesne metody leczenia przedprotetycznego i przedimplantologicznego stosowane w chirurgii stomatologicznej zostały wprowadzone po wieloletnich badaniach prowadzonych in vitro i in vivo. Metody te wykorzystują możliwości tzw. inżynierii tkankowej. Dziedzina ta zawiera w sobie elementy laboratoryjnego przetwarzania komórek, syntezy czynników wzrostowych oraz syntezy macierzy biologicznej, które przygotowane poza ustrojem – po wszczepieniu stymulują i niejednokrotnie umożliwiają procesy regeneracji. Naturalne gojenie najczęściej prowadzi do reparacji – powstania tkanki łącznej, lub blizny łącznotkankowej, rzadziej do regeneracji, która odtwarza wszystkie tkanki na podobieństwo procesów embrionalnych. Wprowadzenie do periodontologii metod chirurgicznych wykorzystujących inżynierię tkankową, czyli biomimetykę, pozwala na podjęcie próby stymulowania powtórzenia procesów embriogenetycznych w gojeniu się tkanek.

Triada czynników warunkujących regenerację tkanek, zaproponowana przez Lyncha w 1998 r. zakłada, iż do prawidłowego i wydajnego przebiegu ww. procesu potrzebne są trzy składowe wzajemnie od siebie zależne:

1. Rusztowanie lub nośnik (pojęcia używane wymiennie), którym mogą być:

– kolageny: kolagen naturalny typ I: ścięgna (ACS, Helistat Integra Life Sciences), procesowana skóra właściwa, opona twarda, kolagen przetworzony (uzyskany w wyniku kwaśnej hydrolizy kolagenu naturalnego i ponownej polimeryzacji i sieciowania), w postaci cienkiej błony lub gąbki (Centralny Bank Tkanek, Warszawa); kopolimer kolagenowo-glikozaminoglikanowy; atelokolagen – kolagen w postaci żelu z enzymatycznie „odciętymi” telopeptydami,

– minerał kostny: bio-obojętny hydroksyapatyt; bruszyt (brushite) – krystaliczny minerał ulegający degradacji tkankowej; dalit (dehlitte) – jon fosforowy w syntetyzowanym hydroksyapatycie zamieniono węglanowym – całkowicie obojętny; siarczan wapniowy, fosforan trójwapniowy (TCP), węglany i fosforany (Cerasorb, Curasan, Niemcy),

– syntetyczne resorbowalne: granulki kwasu poliaktowego (Drilac, THM Biomedical); 6% karboksy-metylo-celuloza,

– syntetyczne nieresorbowalne: politetrafluoroetylen (PTFE, Goretex),

– naturalne: zdemineralizowana odwapniona/nieodwapniona kość allogeniczna, lub wołowa/wieprzowa, określana jako macierz kostna (Urist): konserwowana mrożeniem lub liofilizowana (Bio-Oss, Bio-Geistlich, Osteohealth, CBT W-wa); najlepszym materiałem wszczepialnym jest świeża kość autogenna, tzw. „złoty standard” („golden standard”),

– koral naturalny, chitosan.

2. Komórki, wypełniające stworzoną przez nośniki bazę autogeniczne, rzadziej allogeniczne: najczęściej rekrutowane miejscowo lub z krwi i/lub otaczających tkanek lub hodowane in vitro a następnie wszczepiane:

– komórki niezróżnicowane (wg teorii Friedensteina są pluripotencjalne, mogą różnicować się w pożądane komórki w zależności od stymulacji miejscowymi czynnikami wzrostowymi i cytokinami,

– komórki zdeterminowane np. fibroblasty, preosteoblasty, chondroblasty, pericyty,

– komórki zróżnicowane np. fibrocyty, osteocyty.

Komórki w ujęciu inżynierii tkankowej klasyfikuje się na labilne (czasowe) i trwałe (stałe) w zależności od zdolności do podziałów. Komórki czasowe (labilne) podlegają stałym procesom podziałowym, podczas gdy komórki trwałe mogą być stymulowane do wejścia w cykl komórkowy ale nie dzielą się. U dorosłych tkanki złożone z komórek czasowych (np. tkanka łączna, nabłonkowa) i trwałych (np. kość) mogą regenerować, podczas gdy inne komórki trwałe, np. tkanki nerwowej, mięśnia sercowego nie. Wszystkie komórki mają zdolność do produkcji składników macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM, extracellular matrix), czyli kolagenowego zrębu tkankowego i czynników polipeptydowych, glikozaminoglikanów, proteoglikanów związanych z tą macierzą na tyle trwale, że mogą być stopniowo uwalniane w przypadku jej fizjologicznej degradacji i metabolizmu. Uwolnione czynniki stymulują komórki czasowe do podziałów i różnicowania w określonym kierunku związanym z regeneracją oraz miejscowymi potrzebami tkankowymi.

3. Składniki zewnątrzkomórkowej macierzy (ECM), molekuły przenoszące sygnał do komórek lub geny kodujące:

– Czynniki wzrostowe np. IGFs, PDGF (mitogeny polipeptydowe),

– Morfogeny np. BMPs, TGFs, amelogen polipeptyd r[A-4] (czynniki różnicujące),

– Adhezyny: np. czynniki wiążące heparynę, fibronektyna (stała sekwencja aminokwasów – FMRRIKA), integryny, laminina (RGD – motyw sekwencji aminokwasów białek adhezyjnych),

– Inne: hormony, witaminy.

Główne założenia inżynierii tkankowej przyjmują, że w celu inicjacji sterowanej regeneracji tkanek (guided tissue regeneration, GTR) i/lub sterowanej regeneracji kości (bone tissue regeneration, BTR) wszczepione rusztowanie (nośnik) jest fizycznie lub chemicznie wzbogacone w czynniki wzrostowe, cytokiny, rzadziej w komórki autogenne (tab. 1) (1, 2, 3, 4). Tak przygotowany złożony przeszczep umieszcza się w przygotowanym uprzednio miejscu, zwanym łożem tkankowym. W przypadku zastosowania powyższej metodologii, tkanki jamy ustnej pacjenta muszą być przygotowane w sposób ogólnie przyjęty: sanacja, niechirurgiczne leczenie periodontologiczne u każdego pacjenta z zapaleniem przyzębia, higienizacja, skaling. W przeciwnym razie leczenie przy wykorzystaniu inżynierii tkankowej zazwyczaj kończy się niepowodzeniem, lub oczekiwane efekty odbiegają od przewidywanych. Leczenie chorób przyzębia, prowadzić powinno do odtworzenia łącznotkankowego i nabłonkowego oraz uzupełnienia nowopowstającą kością ubytków tkanki kostnej, powstałych w przebiegu periodontopatii. Dla przejrzystości osobno omówiona zostanie technika zastosowania błon zaporowych i materiałów wszczepialnych augmentujących tkankę kostną.