Оценка остаточной ДНК в децеллюляризированных костных матриксах

Актуальность: Осложнения и риски, связанные с использованием ауто-, аллои ксеногенных материалов для костной пластики, побуждают исследователей к поиску инновационных методов восстановления костных дефектов. Одним из таких подходов является применение децеллюляризированного донорского костного материала. Исследование остаточного содержания генетического материала донора в полученном матриксе представляет собой один из наиболее важных этапов разработки подобных остеопластических продуктов.

Цель исследования: Поиск и систематизация данных о количественном содержании ДНК в опубликованных научных работах, посвящённых методам децеллюляризации костей.

Материалы и методы: Был произведён поиск релевантных статей на платформе Google Scholar (https://scholar.google.ru/).

Результаты: Из 18 рассмотренных публикаций, посвящённых разработкам бесклеточных остеопластических продуктов на основе децеллюляризированной кости, точные значения остаточной ДНК представлены в 8 публикациях. В 14 из 18 проанализированных работ исследователи достигли общепринятого целевого уровня удаления генетического материала донора. Обсуждение: Существенные различия в количественном содержании ДНК между нативной и децеллюляризированной костной тканью, выявленные в настоящем обзоре, могут быть следствием использования авторами различных методик и/или наборов для определения нуклеиновых кислот, а также сложностей нормализации веса обработанной ткани относительно нативной ткани.

Заключение: Существует необходимость стандартизации параметров оценки качества костнопластических материалов, изготовленных на основе децеллюляризированной донорской костной ткани. Следует уделять особое внимание полноте экстракции ДНК как из нативного, так и из обработанного биоматериала для объективной оценки эффективности проведённой децеллюляризации.

1. Шевелева В.С., Пелешок С.А., Титова М.В., Кондратенко А.А. Обзор экспериментальных моделей исследования эффективности и безопасности титановых имплантатов. Лабораторные животные для научных исследований. 2024;3:78–89. https://doi.org/10.57034/2618723X-2024-03-07

2. Пушкарев Д.А., Сущинский П.Л., Федюк А.М. Трансплантации костной ткани в лечении детей с патологией опорно-двигательного аппарата. Forcipe. 2021;4:808.

3. Забежинский М.М., Музыкин М.И., Иорданишвили А.К., Васильева А.В. Системный остеопороз и патология костной ткани пародонта: патогенетические связи, статистические корреляции, значение для клинической практики. Российские биомедицинские исследования. 2021;6(3):27-35.

4. Новиков К.И., Клинцов Е.В., Климов О.В., Сергеев К.С. Несостоятельный дистракционный регенерат как осложнение дистракционного остеосинтеза: факторы риска формирования, превентивная диагностика, лечение. Гений ортопедии. 2024;30(1):134-141. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2024-30-1-134-141

5. Карим-Заде Г.Д. Анализ осложнений после аутотрансплантации при последствиях тяжёлой травмы верхней конечности. Вестник Авиценны. 2023;25(1):120-128. https://doi.org/10.25005/2074-0581-2023-25-1-120-128

6. Файн А.М., Ваза А.Ю., Гнетецкий С.Ф. и др. Доступные способы повышения регенераторного потенциала пластического материалав неотложной травматологии. часть 3. Применение аутологичного красного костного мозга человека. Трансплантология. 2022;14(3):344-356. https://doi.org/10.23873/2074-0506-2022-14-1-79-97

7. Бугаев Г.А., Гридина А.Н., Романова А.С. и др. Применение техники Masquelet в лечении пациента с дефектом-псевдоартрозом локтевой кости. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2025;2(32):477–485. https://doi.org/10.17816/vto632772

8. Щаницын И.Н., Иванов А.Н., Ульянов В.Ю., Норкин И.А. Современные концепции стимуляции регенерации костной ткани с использованием биологически активных скаффолдов. Цитология. 2019;1(61):16-34.

9. Власова Т.И., Арсентьева Е.В., Худайберенова Г.Д., Полякова Д.И. Современный взгляд на использование костных заменителей и возможность усиления их остеогенности клеточными технологиями. Медицинский вестник Башкортостана. 2020;2(86):53-58.

10. Amirazad H, Dadashpour M, Zarghami N. Application of decellularized bone matrix as a bioscaffold in bone tissue engineering. J Biol Eng. 2022;16(1):1. PMID: 34986859. PMCID: PMC8734306. https://doi.org/10.1186/s13036-021-00282-5

11. Carvalho MS, Cabral JMS, da Silva CL, Vashishth D. Bone Matrix Non-Collagenous Proteins in Tissue Engineering: Creating New Bone by Mimicking the Extracellular Matrix. Polymers (Basel). 2021;13(7):1095. PMID: 33808184. PMCID: PMC8036283. https://doi.org/10.3390/polym13071095

12. Crapo PM, Gilbert TW, Badylak SF. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 2011;32(12):3233-3243. PMID: 21296410. PMCID: PMC3084613. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.01.057

13. Diallo AM, Rota S, Boissière M, et al. Osteoformation potential of an allogenic partially demineralized bone matrix in critical-size defects in the rat calvarium. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;127:112207. PMID: 34225859. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112207

14. Eagle MJ, Man J, Rooney P, Kearney JN. Comparison of bone marrow component removal from processed femoral head bone from living and deceased donors: presence of geodes in living donor bone can prevent maximum removal of marrow components. Cell Tissue Bank. 2018;19(4):727-732. PMID: 30203175. https://doi.org/10.1007/s10561-018-9726-x

15. Smith CA, Richardson SM, Eagle MJ, Rooney P, Board T, Hoyland JA. The use of a novel bone allograft wash process to generate a biocompatible, mechanically stable and osteoinductive biological scaffold for use in bone tissue engineering. J Tissue Eng Regen Med. 2015;9(5):595-604. PMID: 24945627. https://doi.org/10.1002/term.1934

16. Norbertczak HT, Fermor HL, Edwards JH, Rooney P, Ingham E, Herbert A. Decellularised human bone allograft from different anatomical sites as a basis for functionally stratified repair material for bone defects. J Mech Behav Biomed Mater. 2022;125:104965. PMID: 34808451. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104965

17. Rasch A, Naujokat H, Wang F, Seekamp A, Fuchs S, Klüter T. Evaluation of bone allograft processing methods: Impact on decellularization efficacy, biocompatibility and mesenchymal stem cell functionality. PLoS One. 2019;14(6):e0218404. PMID: 31220118. PMCID: PMC6586299. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218404

18. Dong C, Qiao F, Chen G, Lv Y. Demineralized and decellularized bone extracellular matrix-incorporated electrospun nanofibrous scaffold for bone regeneration. J Mater Chem B. 2021;9(34):6881-6894. PMID: 34612335. https://doi.org/10.1039/d1tb00895a

19. Hashimoto Y, Funamoto S, Kimura T, Nam K, Fujisato T, Kishida A. The effect of decellularized bone/bone marrow produced by high-hydrostatic pressurization on the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Biomaterials. 2011;32(29):7060-7067. PMID: 21724252. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.06.008

20. Duarte MM, Ribeiro N, Silva IV, et al. Fast Decellularization Process Using Supercritical Carbon Dioxide for Trabecular Bone. J. Supercrit. Fluids. 2021;172:105194. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2021.105194

21. Chen MY, Fang JJ, Lee JN, et al. Supercritical Carbon Dioxide Decellularized Xenograft-3D CAD/CAM Carved Bone Matrix Personalized for Human Bone Defect Repair. Genes (Basel). 2022;13(5):755. PMID: 35627140. PMCID: PMC9141546. https://doi.org/10.3390/genes13050755

22. Chen YW, Hsieh DJ, Periasamy S, Yen KC, Wang HC, Chien HH. Development of a decellularized porcine bone graft by supercritical carbon dioxide extraction technology for bone regeneration. J Tissue Eng Regen Med. 2021;15(4):401-414. PMID: 33625772. https://doi.org/10.1002/term.3181

23. Rougier G, Maistriaux L, Fievé L, et al. Decellularized vascularized bone grafts: A preliminary in vitro porcine model for bioengineered transplantable bone shafts. Front Bioeng Biotechnol. 2023;10:1003861. PMID: 36743653. PMCID: PMC9890275. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.1003861

24. Bracey DN, Seyler TM, Jinnah AH, et al. A Decellularized Porcine Xenograft-Derived Bone Scaffold for Clinical Use as a Bone Graft Substitute: A Critical Evaluation of Processing and Structure. J Funct Biomater. 2018;9(3):45. PMID: 30002336. PMCID: PMC6164666. https://doi.org/10.3390/jfb9030045

25. Liu S , Wang Y , Wang J , et al. A cancellous bone matrix system with specific mineralisation degrees for mesenchymal stem cell differentiation and bone regeneration. Biomater Sci. 2019;7(6):2452-2467. PMID: 30942200. https://doi.org/10.1039/c8bm01657g

26. Al Qabbani A, Rani KGA, Syarif J, et al. Evaluation of decellularization process for developing osteogenic bovine cancellous bone scaffolds in-vitro. PLoS One. 2023;18(4):e0283922. PMID: 37018321. PMCID: PMC10075422. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0283922

27. Li P, Feng M, Hu X, et al. Biological evaluation of acellular bovine bone matrix treated with NaOH. J Mater Sci Mater Med. 2022;33(7):58. PMID: 35838844. PMCID: PMC9287214. https://doi.org/10.1007/s10856-022-06678-z

28. Emami A, Talaei-Khozani T, Vojdani Z, Zarei Fard N. Comparative assessment of the efficiency of various decellularization agents for bone tissue engineering. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2021;109(1):19-32. PMID: 32627321. https://doi.org/10.1002/jbm.b.34677

29. Freeman FE, Browe DC, Nulty J, Von Euw S, Grayson WL, Kelly DJ. Biofabrication of multiscale bone extracellular matrix scaffolds for bone tissue engineering. Eur Cell Mater. 2019;38:168-187. PMID: 31602629. https://doi.org/10.22203/ecm.v038a12

30. Yang JL, Yao X, Qing Q, et al. An engineered tendon/ligament bioscaffold derived from decellularized and demineralized cortical bone matrix. J Biomed Mater Res A. 2018;106(2):468-478. PMID: 28984044. https://doi.org/10.1002/jbm.a.36261

31. Lee DJ, Diachina S, Lee YT, et al. Decellularized bone matrix grafts for calvaria regeneration. J Tissue Eng. 2016;7: 2041731416680306. PMID: 28228929. PMCID: PMC5308431. https://doi.org/10.1177/2041731416680306

32. Alfotawi R, Ahmed R, Atteya M, et al. Assessment of novel surgical procedures using decellularised muscle and bioactive ceramic: a histological analysis. J Mater Sci Mater Med. 2021;32(9):113. PMID: 34453610. PMCID: PMC8403111. https://doi.org/10.1007/s10856-021-06585-9

33. Blaudez F, Ivanovski S, Hamlet S, Vaquette C. An overview of decellularisation techniques of native tissues and tissue engineered products for bone, ligament and tendon regeneration. Methods. 2020;171:28-40. PMID: 31394166. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2019.08.002

34. Oftadeh R, Perez-Viloria M, Villa-Camacho JC, Vaziri A, Nazarian A. Biomechanics and mechanobiology of trabecular bone: a review. J Biomech Eng. 2015;137(1):0108021-01080215. PMID: 25412137. PMCID: PMC5101038. https://doi.org/10.1115/1.4029176

35. Hussein KH, Park KM, Kang KS, Woo HM. Biocompatibility evaluation of tissue-engineered decellularized scaffolds for biomedical application. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016;67:766-778. PMID: 27287176. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.05.068

36. Williams DF. On the mechanisms of biocompatibility. Biomaterials. 2008;29(20):2941-2953. PMID: 18440630. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.04.023

37. Gui L, Chan SA, Breuer CK, Niklason LE. Novel utilization of serum in tissue decellularization. Tissue Eng Part C Methods. 2010;16(2):173-184. PMID: 19419244. PMCID: PMC2946886. https://doi.org/10.1089/ten.tec.2009.0120

38. Liu KF, Chen RF, Li YT, et al. Supercritical Carbon Dioxide Decellularized Bone Matrix Seeded with Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells Accelerated Bone Regeneration. Biomedicines. 2021;9(12):1825. PMID: 34944642. PMCID: PMC8698294. https://doi.org/10.3390/biomedicines9121825

39. Zemmyo D, Yamamoto M, Miyata S. Fundamental Study of Decellularization Method Using Cyclic Application of High Hydrostatic Pressure. Micromachines (Basel). 2020;11(11):1008. PMID: 33203164. PMCID: PMC7696941. https://doi.org/10.3390/mi11111008

40. Waletzko-Hellwig J, Pohl C, Riese J, et al. Effect of High Hydrostatic Pressure on Human Trabecular Bone Regarding Cell Death and Matrix Integrity. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:730266. PMID: 34458245. PMCID: PMC8387795. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.730266

41. Murray PE, García Godoy C, García Godoy F. How is the biocompatibilty of dental biomaterials evaluated?. Med Oral Patol Oral Cir Bucal. 2007;12(3):E258-E266. PMID: 17468726.

42. Naso F, Gandaglia A, Iop L, Spina M, Gerosa G. Alpha-Gal detectors in xenotransplantation research: a word of caution. Xenotransplantation. 2012;19(4):215-220. PMID: 22909134. https://doi.org/10.1111/j.1399-3089.2012.00714.x