Membrane de barieră pentru regenerarea osoasă ghidată (GBR)

Regenerarea osoasă ghidată (GBR) este considerată o modalitate standard de tratament și una dintre cele mai întâlnite strategii pentru conservarea sau augmentarea crestei alveolare. Membranele de barieră joacă un rol cheie în GBR prin formarea unei bariere între țesutul moale și zona defectului osos, facilitând astfel proliferarea celulelor osteoprogenitoare și susținând formarea de țesut osos nou.

Tipuri diferite de membrane de barieră oferă mecanisme biologice diferite datorită originilor, metodelor și structurilor diferite de preparare. Printre acestea, membranele de colagen au atras un mare interes datorită proprietăților lor biologice excelente și a rezultatelor dorite de regenerare osoasă către membranele neresorbabile chiar și fără o a doua intervenție chirurgicală pentru îndepărtare. 

Membrane de barieră neresorbabile

Istoria membranelor barieră neresorbabile aplicate în procedurile GBR datează din anii 1980. Inițial, prima generație de membrane de barieră a fost concepută pentru a funcționa doar ca membrane ocluzive. În 1982, Nyman et al. a evaluat performanța unei membrane millipore în regenerarea osoasă mediată preclinic de celulele ligamentului parodontal. 

Ulterior, dezvoltarea membranelor de politetrafluoretilenă expandată (ePTFE) (de asemenea în combinație cu armătura cu titan) a fost acceptată ca material standard de aur pentru stabilitatea lor mecanică și capacitatea crescută de întreținere a spațiului, biocompatibilitatea și eficacitatea pentru a facilita regenerarea osoasă. 

Cu toate acestea, membranele neresorbabile au două limitări serioase ale utilizării clinice. O limitare este rigiditatea lor, care poate duce la dehiscențe ale țesuturilor moi, la expunerea membranei și la complicații care provoacă în cele din urmă eșecul implantului. A doua limitare este necesitatea celei de-a doua intervenții chirurgicale care trebuie efectuată pentru îndepărtarea membranei neresorbabile.

Pe baza acestor fapte, a fost dezvoltată o nouă clasă de membrane, care include membrane resorbabile sintetice și naturale, pentru a depăși deficiențele membranelor neabsorbabile. Dintre acestea, membranele de colagen sunt cele mai studiate și aplicate clinic datorită biocompatibilității și bioactivităților lor superioare precum chemotactica la ligamentul parodontal (PDL) sau fibroblastele gingivale și aderența puternică a osteoblastelor pe suprafața membranei. Cu toate acestea, ratele rapide de degradare și proprietățile slabe de stabilitate a volumului ale majorității membranelor de barieră de colagen sunt încă factori limitatori importanți. 

Un alt dezavantaj important al acestei clase de materiale este fragmentarea și degradarea rapidă după dehiscența gingivală cu expunerea membranei și scăderea regenerării osoase asociată. 

Astfel, au fost analizate diverse metode precum radiațiile ultraviolete (UV), tratamentele cu genipină (Gp) și glutaraldehidă, pentru a extinde atât timpul de degradare, cât și proprietățile mecanice ale membranelor de colagen. 

În plus, membranele de colagen sunt adesea combinate cu diferiți agenți, cum ar fi grefele osoase sau structurile de stabilizare resorbabile pentru a le crește capacitățile de regenerare și pentru a preveni colapsul membranei și stabilitatea volumului. 

În acest context, un număr tot mai mare de studii preclinice se concentrează pe încărcarea compușilor activi, cum ar fi factori de creștere, citokine, compuși anorganici și agenți antiinflamatori. Cu accent pe bioactivitatea membranei, evenimentele celulare și moleculare asociate membranei au câștigat mult interes, inclusiv recrutarea celulelor, inflamația și vindecarea osoasă.

Membrane de barieră resorbabile

Avantajul principal al membranelor de barieră resorbabile față de membranele neresorbabile este absența unei intervenții chirurgicale ulterioare. Dar, membranele resorbabile se confruntă cu provocarea de a potrivi absorbția materialului cu perioada de regenerare a țesuturilor. Degradarea rapidă a membranei și degradarea potențială a produselor secundare duce adesea la eșecul clinic al regenerării osoase ghidate. De obicei, stabilitatea ineficientă a volumului cauzată de rezistența mecanică scăzută a membranelor resorbabile în comparație cu membranele neresorbabile este cea mai semnificativă limitare clinică.

În funcție de originea lor, membranele de barieră resorbabile sunt de obicei împărțite în polimeri naturali, reprezentați de colagen și polimeri sintetici reprezentați de poliesteri alifatici (de exemplu, poli (acid lactic) (PLA), poli (acid poliglicolic) (PGA), poli (ε-caprolactonă). Polimerii sintetici sunt foarte personalizabili, permițând controlul precis al formei membranei de barieră, grosimii, porozității, rezistenței mecanice și proprietăților de degradare prin ajustarea structurii chimice și a condițiilor de preparare. Pe baza acestor avantaje, dezvoltarea membranelor polimerice sintetice a fost punctul central al următoarei generații de membrane barieră. 

Deși majoritatea polimerilor sintetici sunt considerați necitotoxici și degradabili, membranele polimerice sintetice prezintă încă reacții inflamatorii puternice cauzate de oligomeri și produși secundari eliberați în timpul degradării, precum și perioada de degradare a unor polimeri (de exemplu, PCL), care este prea lungă (2–3 ani) pentru procedurile GBR.

Cea mai frapantă caracteristică a membranelor polimerice naturale este bioactivitatea lor inerentă, care are ca rezultat o biocompatibilitate ridicată și un micromediu de regenerare tisulară benefică. În același timp, polimerii naturali pun noi probleme care implică reacții imunogene puternice, procese complexe de purificare și riscul de transmitere a bolii. Colagenul și chitosanul sunt două dintre cele mai reprezentative membrane polimerice naturale care au atras cele mai multe cercetări, în special colagenul domină peisajul clinic.

Dintre cele peste douăzeci de tipuri de colagen care au fost clasificate, colagenul de tip I și de tip III din țesuturile porcine și bovine sunt sursele predominante de biomateriale. Colagenul are multe proprietăți care îl fac potrivit pentru procedurile GBR. Pe lângă avantajele unei proceduri într-o singură etapă, membranele de colagen accelerează clinic stabilizarea precoce a plăgii și închiderea inițială a defectului. Membranele de colagen prezintă, de asemenea, rate scăzute de expunere, în special în comparație cu membranele neresorbabile, iar absorbția lor rapidă după expunere elimină, de asemenea, în mod eficient micromediul deschis pentru infecția bacteriană. 

În plus, în ceea ce privește proprietățile sale biologice, colagenul este singurul material membranar de barieră de origine animală a cărui imunogenitate scăzută, precum și adeziunea și chemotaxia la fibroblaste și osteoblaste pot media integrarea excelentă a țesuturilor și angiogeneza. S-a demonstrat, de asemenea, că membranele de colagen absorb factorii activi eliberați de oase și celule (de exemplu, TGF-b) ca mecanism molecular care contribuie la regenerarea osoasă. Prin urmare, membranele de colagen au atras mult interes ca biomateriale cu funcții bioactive unice.

Mecanisme biologice ale membranei de colagen

S-a demonstrat că membranele de barieră oferă mai mult decât o funcționalitate de barieră în procedurile de regenerare osoasă ghidată. De exemplu, s-a demonstrat că nu numai membranele de colagen, ci chiar și membranele PTFE neresorbabile stimulează expresia unei varietăți de gene legate de osteogenic (de exemplu, fosfatază alcalină (ALP), proteine ​​de legătură osoase și proteine ​​osteo salivare), gene de remodelare osoasă și citokine inflamatorii (interleukina IL-6 și IL-1). Acest lucru a declanșat ipoteza inițială că o membrană barieră aplicată în timpul aplicațiilor GBR formează un micromediu specific sub membrană pentru a sprijini migrarea și diferențierea ulterioară a osteoblastelor.

Studiile asupra membranelor de colagen au dezvăluit un mecanism molecular care oferă dovezi parțiale pentru un mecanism de recrutare a celulelor submembranoase, deoarece prezența membranelor de colagen determină reglarea precoce a doi factori de recrutare a celulelor (receptorul de chemokine CXC tip 4 (CXCR4) și proteina chemotactică a monocitelor-1). (MCP-1)). CXCR4 joacă un rol cheie în recrutarea celulelor progenitoare osteogene și a celulelor stem mezenchimale, care ulterior se diferențiază în osteoblaste și participă la formarea osului, în timp ce MCP-1 este o chemokină principală în recrutarea celulelor progenitoare osteoclaste. 

Aceste dovezi sugerează că membrana promovează un micromediu la locul defectului care favorizează recrutarea rapidă a diferitelor celule, inclusiv osteoblaste și osteoclaste, ceea ce promovează în continuare o cascadă moleculară care facilitează remodelarea pentru formarea osului.

Deși bogăția actuală de dovezi histologice referitoare la vindecarea și regenerarea osoasă sub membranele de barieră este insuficientă pentru a explica rolul clar al membranelor de barieră în vindecarea defectelor care implică inflamație, recrutarea celulelor și remodelarea osoasă, s-a demonstrat că răspunsul imun provocat de diferite materialul este specific, în funcție de proprietățile fizico-chimice ale materialului. Acest „răspuns al corpului străin la biomaterial” începe cu acumularea rapidă a proteinelor pe suprafața materialului după implantare și apare în aproape toate tipurile de biomateriale.

Bibliografie: https://www.mdpi.com/