КОМБИНИРОВАННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БИСФОСФОНАТОВ И СТРОНЦИЯ РАНЕЛАТА С ОСТЕОЗАМЕЩАЮЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В обзоре рассмотрена возможность улучшения остеоинтеграции биосовместимых материалов с помощью бисфосфонатов или стронция ранелата. Эти лекарственные средства добавляют к гидроксиапатиту, используемому для покрытия имплантатов, включают в состав кальцийфосфатных материалов. Стронций является также компонентом биодеградируемых сплавов. Бисфосфонаты и стронция ранелат увеличивают массу, число и толщину костных трабекул, улучшают биомеханические свойства кости в месте введения имплантатов, снижают риск переломов. Большое число исследований посвящено механизмам фармакологического улучшения остеоинтеграции имплантатов. Бисфосфонаты как химические аналоги изопреноидных липидов по конкурентному принципу уменьшают в остеокластах активность фарнезилдифосфатсинтазы и тормозят пренилирование. Непренилированные малые ГТФазы не прикрепляются к мембране остеокластов, что ослабляет их резорбтивную функцию и ускоряет апоптоз. Стронция ранелат, активируя при участии кальцийчувствительного рецептора Wnt-сигнальный путь и изменяя функции системы RANKL/RANK/OPG, повышает репликационную активность и подавляет апоптоз остеобластов, а также тормозит резорбтивную функцию и ускоряет апоптоз остеокластов.

Об авторах

И. А. Хлусов

Сибирский государственный медицинский университет, Томск, Российская Федерация
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Российская Федерация

Автор, ответственный за переписку.
Email: khlusov63@mail.ru
доктор медицинских наук, профессор кафедры морфологии и общей патологии Сибир- ского государственного медицинского университета, профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики Национального исследовательского Томского политехнического университета Адрес: 634050, Томск, ул. Московский тракт, д. 2, тел.: +7 (3822) 53-24-71 Россия

А. И. Венгеровский

Сибирский государственный медицинский университет, Томск, Российская Федерация

Email: pharm-sibgmu@rambler.ru
доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой фармакологии Сибирского государственного медицинского университета Адрес: 634050, Томск, ул. Московский тракт, д. 2, тел.: +7 (3822) 55-34-95 Россия

В. В. Новицкий

Сибирский государственный медицинский университет, Томск, Российская Федерация

Email: patfizssmu@yandex.ru
доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой пато- физиологии Сибирского государственного медицинского университета Адрес: 634050, Томск, ул. Московский тракт, д. 2, тел.: +7 (3822) 55-36-13 Россия

Список литературы

  1. Barradas A.M., Yuan H., van Blitterswijk C.A. Osteoinductive biomaterials: current knowledge of properties, experimental models and biological mechanisms. Eur. Cell. Mat. 2011; 21 (3): 407–429.
  2. Hernigou P., Homma Y. Tissue bioengineering in orthopedics Clin. Cases Miner. Bone Metab. 2012; 9 (1): 21–23.
  3. Racher T.D., Khosla S., Hofbauer L.C. New horizons in osteoporosis. Lancet. 2011; 377 (9773): 1276–1287.
  4. Bhat S., Kumar A. Biomaterials and bioengineering tomorrow’s healthcare. Biomater. 2013; 3 (2): 247–257.
  5. Lu H.D., Wheeldon I.R., Banta S. Catalytic biomaterials: engineering organophosphate hydrolase to form self-assembling enzymatic hydrogels. Protein Eng. Des. Sel. 2010; 23 (7): 559–566.
  6. Balaconis M.K., Clark H.A. Biodegradable optode-based nanosensors for in vivo monitoring. Anal. Chem. 2012; 84 (13): 5787– 5793.
  7. Carli A., Reuven A., Zukor D.J., Antoniou J. Adverse soft-tissue reactions around non-metal-on-metal total hip arthroplasty — a systematic review of the literature. Bull. N.Y. Hos. Jt. Dis. 2011; 69 (Suppl. 1): 47–51.
  8. Gortchacow M., Wettstein M., Pioletti D., Müller-Gerbl M. Simultaneous and multisite measure of micromotion, subsidence and gap to evaluate femoral stem stability. J. Biomech. 2012; 45 (7): 1232–1238.
  9. Jakobsen T., Baas J., Bechtold J.E., Elmengaard B. The effect of soaking allograft in bisphosphonate: a pilot dose-response study. Clin. Ortho Relat. Res. 2010; 468 (3): 867–874.
  10. Babiker H. Bone graft materials in fixation of orthopaedic implants. Dan. Med. J. 2013; 60 (7): 4680–4686.
  11. Anderson J.M., Rodriguez A., Chang D.T. Foreign body reaction to biomaterials. Semin. Immunol. 2008; 20 (2); 86–100.
  12. Noordin S., Masri B. Periprosthetic osteolysis: genetics, mechanisms and potential therapeutic interventions. Can. J. Surg. 2012; 55 (6): 408–417.
  13. Morais J.M., Papadimitrakopoulos F., Burgess D.J. Biomaterials/ tissue interactions: possible solutions to overcome foreign body response. AAPS J. 2010; 12 (2): 188–196.
  14. Хлусов И.А., Венгеровский А.И., Нечаев К.А., Дворниченко М.В., Саприна Т.В. Применение бисфосфонатов при несовершенном остеогенезе у детей. Клиническая фармакология и терапия. 2013; 22 (2): 78–82.
  15. Cremers S., Papapoulos S. Pharmacology of bisphosphonates. Bone. 2011; 49 (1): 42–49.
  16. Dominguez L.J., Di Bella G., Belvedere M., Barbagallo M. Physiology of the aging bone and mechanisms of action of bisphosphonates. Biogerontology. 2011; 12 (5): 397–408.
  17. Drake M.T., Bart L., Clarke B.L., Khosla S. Bisphosphonates: mechanism of action and role in clinical practice. Mayo Clin. Proc. 2008; 83 (9): 1032–1045.
  18. Graham R., Russell G. Bisphosphonates: the first 40 years. Bone. 2011; 49 (1): 2–19.
  19. Russell R.G. Bisphosphonates: from bench to bedside. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2006; 1068 (3): 367–401.
  20. Yewle J.N., Puleo D.A., Bachas L.G. Enhanced affinity bifunctional bisphosphonates for targeted delivery of therapeutic agents to bone. Bioconjug. Chem. 2011; 22 (12): 2496–2506.
  21. Dunford J.E., Kwaasi A.A., Rogers M.J., Barnett B.L. Structureactivity relationships among the nitrogen containing bisphosphonates in clinical use and other analogues: time-dependent inhibition of human farnesyl pyrophosphate synthase. J. Med. Chem. 2008; 51 (18): 2187–2195.
  22. Риггз Б., Мелтон Дж. Остеопороз. СПб.: БИНОМ, Невский диалект. 2000. 560 c.
  23. Ohgi K., Kajiya H., Okamoto F., Nagaoka Y. A novel inhibitory mechanism of nitrogen-containing bisphosphonate on the activity of Cl- extrusion in osteoclasts. Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 2013; 386 (7): 589–598.
  24. Coxon F., Thompson K., Roelofs A.J., Ebetino F.H. Visualizing mineral binding and uptake of bisphosphonate by osteoclasts and non-resorbing cells. Bone. 2008; 42 (5): 848–860.
  25. Fisher J.E., Rosenberg E., Santora A.C., Reszka A.A. In vitro and in vivo responses to high and low doses of nitrogen-containing bisphosphonates suggest engagement of different mechanisms for inhibition of osteoclastic bone resorption. Calcif. Tissue Int. 2013; 92 (6): 531–538.
  26. Ueno A., Terkawi M.A., Yokoyama M., Cao S. Farnesyl pyrophosphate synthase is a potential molecular drug target of risedronate in Babesia bovis. Parasitol. Int. 2013; 62 (2): 189–192.
  27. Rogers M.J., Crockett J.C., Coxon F., Mönkkönen J. Biochemical and molecular mechanisms of action of bisphosphonates. Bone. 2011; 49 (1): 34–41.
  28. Dunford J.E., Rogers M.J., Ebetino F.H., Phipps R.J. Inhibition of protein prenylation by bisphosphonates causes sustained activation of rac, Cdc42 and rho GTPases. J. Bone Miner. Res. 2006; 21 (4): 684–694.
  29. Coxon F.P., Taylor A. Vesicular trafficking in osteoclasts. Semin Cell Dev. Biol. 2008; 19 (5): 424–433.
  30. Roelofs A.J., Thompson K., Ebetino F.H., Rogers M.J. Bisphosphonates: molecular mechanisms of action and effects on bone cells, monocytes and macrophages. Curr. Pharm. Des. 2010; 16 (27): 2950–2960.
  31. Plotkin L.I., Manolagas S.C., Bellido T. Dissociation of the proapoptotic effects of bisphosphonates on osteoclasts from their anti-apoptotic effects on osteoblasts/osteocytes with novel analogs. Bone. 2006; 39 (2): 443–452.
  32. Idris A.I., Rojas J., Greig I.R., Van’t Hof R.J. Aminobisphosphonates cause osteoblast apoptosis and inhibit bone nodule formation in vitro. Calcif. Tissue Int. 2008; 82 (3): 191–201.
  33. Xiong Y., Yang H.J., Feng J., Shi Z.L. Effects of alendronate on the proliferation and osteogenic differentiation of MG-63 cells. J. Int. Med. Res. 2009; 37 (2): 407–416.
  34. Bobyn J.D., McKenzie K., Karabasz D., Krygier J.J. Locally delivered bisphosphonate for enhancement of bone formation and implant fixation. J. Bone Joint Surg. Am. 2009; 91 (Suppl. 6): 23–31. 3
  35. Matuszewski Ł., Turżańska K., Matuszewska A., Jabłoński M. Effect of implanted bisphosphonate-enriched cement on the trabecular microarchitecture of bone in a rat model using microcomputed tomography. Int. Ortho. 2013; 37 (6): 1187–1193.
  36. Liu X., Bao C., Hu J., Yin G. Effects of clodronate combined with hydroxyapatite on multi-directional differentiation of mesenchymal stromal cells. Arch. Med. Sci. 2010; 6 (5); 670–677.
  37. Liu J.T., Liao W.J., Tan W.C., Lee J.K. Balloon kyphoplasty versus vertebroplasty for treatment of osteoporotic vertebral compression fracture: a prospective, comparative, and randomized clinical study. Osteoporos. Int. 2010; 21 (3): 359–364.
  38. Sibai T., Morgan E.F., Einhorn T.A. Anabolic agents and bone quality. Clin. Ortho Relat. Res. 2011; 469 (8): 2215–2224.
  39. Hamdy N.A. Strontium ranelate improves bone microarchitecture in osteoporosis. Rheumatology (Oxford). 2009; 48 (Suppl. 4): 9–13.
  40. Fonseca J.E. Rebalancing bone turnover in favor of formation with strontium ranelate: implications for bone strength. Rheumatology (Oxford). 2008; 47 (Suppl. 4): 17–19.
  41. Magno A.L., Ward B.K., Ratajczak T. The calcium-sensing receptor: a molecular perspective. Endocr. Rev. 2011; 32 (1): 3–30.
  42. Xue Y., Xiao Y., Liu J., Karaplis A.C. The calcium-sensing receptor complements parathyroid hormone-induced bone turnover in discrete skeletal compartments in mice. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2012; 302 (7): 841–851.
  43. Hurtel-Lemaire A.S., Mentaverri R.,. Caudrillier A., Cournarie F. The calcium-sensing receptor is involved in strontium ranelate induced osteoclast apoptosis. New insights into the associated signaling pathways. J. Biol. Chem. 2009; 284 (1): 575–584.
  44. Rucci N. Molecular biology of bone remodeling. Clin. Cases Miner. Bone Metab. 2008; 5 (1): 49–56.
  45. Rybchyn M.S., Slater M., Conigrave A.D., Mason R.S. An Aktdependent increase in canonical Wnt signaling and a decrease in sclerostin protein levels are involved in strontium ranelate induced osteogenic effects in human osteoblasts. J. Biol. Chem. 2011; 286 (27): 23771–23779.
  46. Fromigue O., Hay E., Barbara A., Marie J. Essential role of nuclear factor of activated T cells (NFAT)-mediated Wnt signaling in osteoblast differentiation induced by strontium ranelate. J. Biol. Chem. 2010; 285 (28): 25251–25258.
  47. Boyce B.F., Xing L. Functions of RANKL/RANK/OPG in bone modeling and remodeling. Arch. Biochem. Biophys. 2008; 473 (3): 139–146.
  48. Tat S.T., Pelletier J., Velasco C.R., Padrines M. New perspective in osteoarthritis: the OPG and RANKL system as a potential therapeutic target. Keio J. Med. 2009; 58 (1): 29–40.
  49. Kearns A.E., Khosla S., Kostenuik J. Receptor activator of nuclear factor kappa B ligand and osteoprotegerin regulation of bone remodeling in health and disease. Endocr. Rev. 2008; 29 (2): 155–192.
  50. Хлусов И.А., Венгеровский А.И., Нечаев К.А., Дворниченко М.В., Кулагина И.В., Саприна Т.В. Эффекты стронция ранелата в культуре мононуклеарных лейкоцитов. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2013; 7 (1): 35–38.
  51. Yang G.L., Song L.N., Jiang Q.H., Wang X.X. Effect of strontium-substituted nanohydroxyapatite coating of porous implant surfaces on implant osseointegration in a rabbit model. Int. J. Oral Maxillofac. Implants. 2012; 27 (6): 1332–1339.
  52. Chung C.J., Long H.Y. Systematic strontium substitution in hydroxyapatite coatings on titanium via micro-arc treatment and their osteoblast/osteoclast responses. Acta. Biomater. 2011; 7 (11): 4081–4087.
  53. Li Y., Wen C., Mushahary D., Sravanthi R. Mg–Zn–Sr alloys as biodegradable implant materials. Acta. Biomater. 2012; 8 (8): 3177–3188.
  54. Berglund I.S., Brar H.S., Dolgova N., Acharya A. Synthesis and characterization of Mg–Ca–Sr alloys for biodegradable orthopedic implant applications. J. Biomed. Mater. Res. 2012; 100 (6): 1524–1534.
  55. Ballo A.M., Xia W., Palmquist A., Lindahl C. Bone tissue reactions to biomimetic ion-substituted apatite surfaces on titanium implants. J. R. Soc. Interface. 2012; 9 (72): 1615–1624.
  56. Forsgren J., Engqvist H. A novel method for local administration of strontium from implant surfaces. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2010; 21 (5): 1605–1609.
  57. Sung J.H., Shuler M.I. In vitro microscale systems for systematic drug toxicity study. Bioprocess Biosyst. Eng. 2010; 33 (1): 5–19.
  58. Хлусов И.А., Рязанцева Н.В., Венгеровский А.И., Нечаев К.А., Якушина В.Д., Дворниченко М.В., Шаркеев Ю.П., Легостаева Е.В., Новицкий В.В. Модулирующее влияние матриц с кальцийфосфатным покрытием на цитотоксичность стронция ранелата и ибандроновой кислоты in vitro. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2013; 157 (2): 177–181.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Издательство "Педиатръ", 1970



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах