Dental and Medical Problems

Dent Med Probl
Index Copernicus (ICV 2020) – 128.41
MEiN – 70 pts
CiteScore (2021) – 2.0
JCI – 0.5
Average rejection rate (2021) – 81.35%
ISSN 1644-387X (print)
ISSN 2300-9020 (online)
Periodicity – quarterly

Download PDF

Dental and Medical Problems

2013, vol. 50, nr 1, January-March, p. 20–29

Publication type: original article

Language: Polish

Leczenie defektów tkanki kostnej szczęk z wykorzystaniem autologicznych preosteoblastów na nośniku allogenicznym

The Treatment of Maxillary Bone Defects Used Autologic Pre-Osteoblsts on Allogenic Bone Scaffolds

Andrzej Wojtowicz1,A,B,C,D,E, Jan Perek1,A,B,D, Elżbieta Urbanowska2,A,B,C,D, Artur Kamiński3,A,B,C,D, Ewa Olender3,A,B,C,D, Monika Jodko1,E,F

1 Zakład Chirurgii Stomatologicznej Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego

2 Katedra i Klinika Hematologii, Onkologii i Chorób Wewnętrznych Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego

3 Zakład Transplantologii i Centralny Bank Tkanek Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego

Streszczenie

Wprowadzenie. Metody regeneracji kości stały się istotnym elementem współczesnej implantologii, a niedostateczna ilość tej tkanki ogranicza, a nawet uniemożliwia przeprowadzenie leczenia implantologicznego. Rozwiązaniem w tych przypadkach jest zastosowanie zabiegów sterowanej regeneracji kości lub też wykorzystanie rekombinowanych czynników wzrostowych. W Zakładzie Chirurgii Stomatologicznej WUM w zaawansowanych przypadkach defektów kostnych oraz w przypadkach niedostatecznej szerokości wyrostka zębodołowego przed zaplanowaną implantacją wdrożono wykonywanie nowatorskich metod augmentacji tkanki kostnej z wykorzystaniem autogennych, hodowanych in vitro preosteoblastów na nośniku w postaci allogenicznych bloków kostnych.
Cel pracy. Ocena regeneracji tkanki kostnej szczęk po zastosowaniu przeszczepów allogenicznych bloków kostnych zasiedlonych populacją autogennych preosteoblastów hodowanych in vitro.
Materiał i metody. Na przykładzie 2 pionierskich przypadków klinicznych zaprezentowano nowatorską metodę leczenia defektów kostnych szczęk stosowaną w Zakładzie Chirurgii Stomatologicznej WUM. Badaniem objęto pacjentów zakwalifikowanych do leczenia przedprotetycznego ubytków tkanki kostnej. Po przeprowadzeniu wielu badań kwalifikujących i przy braku przeciwwskazań do przeprowadzenia zabiegu wyselekcjonowanych pacjentów skierowano do pobrania szpiku, z którego wyizolowano komórki macierzyste. Docelowa hodowla była ukierunkowana na linię komórek osteogennych – preosteoblastów. W Centralnym Banku Tkanek WUM przygotowano allogeniczne bloki kostne, które następnie ex tempore zasiedlano populacją hodowanych in vitro preosteoblastów. Tak przygotowane przeszczepy, bioreaktorem umiejscawiano w miejscu defektów kostnych za pomocą śrub lub minipłytek do osteosyntezy.
Wyniki. Klinicznie stwierdzono znakomite gojenie się ran, widocznie przyspieszone w stosunku do podobnych zabiegów bez wykorzystania wszczepianych komórek lub czynników stymulujących gojenie się ran i regenerację tkanek. Obrazy radiologiczne analizowane po 16–17 tygodniach od wszczepienia wykazały przebudowę przeszczepów, ich inkorporację w łoże kostne oraz pojawienie się wczesnych ognisk mineralizacji na bazie istniejącego rusztowania.
Wnioski. Metody augmentacji tkanki kostnej z wykorzystaniem omówionej techniki mogą okazać się istotne w leczeniu zaawansowanych przypadków defektów kostnych różnego pochodzenia oraz mogą być alternatywą przeszczepienia kości autogennej w celach regeneracyjnych.

Abstract

Background. Bone regeneration methods have become an essential part of modern implantology, and insufficient bone quantity limits, or even makes impossible to carry out implant treatment. The solution in these cases is the use of guided bone regeneration or the use of recombinant growth factors. In Department of Dental Surgery, Medical University of Warsaw in advanced cases of bone defects and in cases of insufficient width of the alveolar ridge before the planned implantation innovative methods of bone augmentation using autogenous, cultured in vitro preosteoblasts on the scaffolds in the form of allogeneic bone blocks were implemented.
Objectives. Assessment of jaw bone regeneration after the application of bone allografts colonized by autogenous, cultured in vitro preosteoblasts population.
Material and Methods. On the example of two pioneering clinical cases a novel method for treating bone defects of the jaws used in the Department of Oral Surgery, Medical University of Warsaw was presented. The study included patients qualified for pre-prosthetic treatment of bone defects. After conducting a series of qualifying studies and lack of contraindications to perform the procedure selected patients referred to marrow harvesting, from which the stem cells were isolated. Targeted culture was oriented on osteogenic cells line – preosteoblasts. In the Central Bank of Tissues MUW allogeneic bone blocks were prepared and inhabited ex tempore by cultured in vitro preosteoblasts population. Thus prepared grafts were placed by bioreactor at the site of bone defects using screws or miniplates for osteosynthesis.
Results. Clinically, excellent wound healing were observed, apparently accelerated compared to similar treatments without the use of implanted cells or factors stimulaiting wound healing or tissue regeneration. Radiographic images analyzed after 16–17 weeks after implantation showed grafts remodeling, their incorporation in the bone bed, and the appearance of the early lesions of mineralization on the basis of existing scaffold.
Conclusion. Bone augmentation methods using discussed technique may become crucial in the treatment of advanced cases of bone defects of various origins and may constitute an alternative to autogenous bone transplantation for regeneration purposes.

Słowa kluczowe

augmentacja kości u ludzi, przeszczep kostny, regeneracja kości, komórki macierzyste

Key words

human bone augmentation, bone allograft, bone regeneration, stem cells

References (30)

  1. Wojtowicz A.: Current views on the implant rehabilitation using titanium and ceramic implants with simultaneous bone augmentation of the jaws. Kształcenie Podyplomowe 2010, 2, 45–50 (in Polish).
  2. Gerber-Leszczyszyn H., Pawlak W., Rutkowska M., Dominiak M.: Posttraumatic alveolar ridge augmentation by autogenous bone graft and distraction osteogenesis – preliminary report. Dent. Med. Probl. 2005, 42, 159–164 (in Polish).
  3. Kaing L., Grubor D., Chandu A.: Assessment of bone grafts placed within an oral and maxillofacial training programme for implant rehabilitation. Austral. Dent. J. 2011, 56, 406–411.
  4. Clementini M., Morlupi A., Canullo L., Agrestini C., Barlattani A.: Success rate of dental implants inserted in horizontal and vertical guided bone regenerated areas: a systematic review. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 2012, 41, 847–852.
  5. Wojtowicz A., Maciejasz P., Jovanovic S.: Clinical use of recombinant human bone morphogenetic protein hrBMP2 in the bone augmentation of the mandible – a case report; Implants: Internat. Mag. Oral Implant. 2009, 3, 16–19 (in Polish).
  6. Kochanowska I., Chaberek S., Wojtowicz A., Marczyński B., Włodarski K., Dytko M., Ostrowski K.: Expression of genes for bone morphogenetic proteins BMP-2, BMP-4 and BMP-6 in various parts of the human skeleton. BMC Musculoskeletal Disord. 2007, 8, 12–18.
  7. Wojtowicz A., Wieczorek P., Montella A., Bandiera P., Ostrowski K.: The expression of metaloproteinases (MMP1,2,3), transforming growth factor (TGFbeta) and bone morphogenetic protein (BMP6) in embriogenesis of the maxillary sinuses in humans. Czas. Stomatol. 2004, 57, 125–132 (in Polish).
  8. Kochanowska I.E., Włodarski K., Wojtowicz A., Kinser A., Ostrowski K.: BMP-4 and BMB-6 involvement in the osteogenic properties of the HeLa cell line. Exp. Boil Med. (Maywood) 2002, 227, 57–62.
  9. Kochanowska I.E., Włodarski K., Wojtowicz A., Niemira K., Ostrowski K.: Osteogenic properties of various HeLa cell lines and the BMP family genes expression. Ann. Transplant. 2002, 7, 58–62.
  10. Wojtowicz A., Chaberek S., Urbanowska E., Ostrowski K.: Comparison of efficiency of platelet rich plasma, hematopoeic stem cells and bone marrow in augmentation of mandibular bone defects. New York State Dent. J. 2007, 73, 41–45.
  11. Wojtowicz A., Szostak D., Malejczyk J.: Tissue engineering in oral surgery – review of new methodology. Nowa Stomatol. 2002, 7, 1, 41–45 (in Polish).
  12. Wojtowicz A., Chaberek S., Kryst L., Urbanowska E., Ciechowicz K.: Fourier and fractal analysis of maxillary alveolar ridge repair using platelet rich plasma (PRP) and inorganic bovine bone. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 2003, 32, 84–86.
  13. Wojtowicz A., Chaberek S., Kisłowska-Syryczyńska M., Urbanowska E., Wiktor-Jędrzejczak W., Ostrowski K.: Maxillary bone augmentation using autologic bone marrow, hemopoietic stem cells and platelet rich plasma: fractal analysis of radiograms. Post. Biol. Komórki 2003, 30 supl. 21, 115–126 (in Polish).
  14. Cieślik-Bielecka A., Bielecki T., Gaździk T., Cieślik T.: Growth factors in the platelet-rich plasma as autogenic material which stimulates bone healing processes. Czas. Stomatol. 2006, 59, 510–517 (in Polish).
  15. Wojtowicz A., Perek J., Marczyński B.: Autogenous bone grafts “gold standard” potential source of BMPs. Implants. intern. Mag. Oral Implant. 2006, 1, 48–50 (in Polish).
  16. Puchała P., Kucharski G., Jaremczuk B., Monkos-Jaremczuk E.: Review of of biomaterials on the basis of the literature. TPS 2008, 10, 2, 28–36 (in Polish).
  17. Zhang Z.: Bone regeneration by stem cell and tissue engineering in oral and maxillofacial region. Front. Med. 2011, 5, 401–413.
  18. András D., Tamás H., Zsolt N., Sándor B.: Comparison of autologous bone graft remodeling from different donor sites in the jaws using cone beam computed tomography. Fogorv Sz. 2012, 105, 91–98.
  19. Misch C.M.: Comparison of intraoral donor sites for onlay grafting prior to implant placement. Int. J. Oral Maxillofac. Implants. 1997, 12, 767–776.
  20. Zouhary K.J.: Bone graft harvesting from distant sites: concepts and techniques. Oral Maxillofac. Surg. Clin. North Am. 2010, 22, 301–316.
  21. Gomes K.U., Carlini J.L., Biron C., Rapoport A., Dedivitis R.A.: Use of Allogeneic Bone Graft in Maxillary Reconstruction for Installation of Dental Implants. J. Oral Maxillofac. Surg. 2011, 69, 54.
  22. Kożlik M., Wójcicki P., Rychlik D.: Bone-replacement prepearations. Dent. Med. Probl. 2011, 48, 547–553 (in Polish).
  23. Wojtowicz A., Bar P., Chaberek S., Kamiński A., Olender E., Urbanowska E., Perek J., Jędrzejczak W., Szaniawska K.: Fourier analysis of human histology of augmented bone after transplantation of stem cells CD43+ incubated on allogenic scaffold. Clin. Oral Impl. Res. 2012, 23 (in press).
  24. Bavetta G., Licata M.E.: The use of human allogenic Graft (HBA) for maxillary bone regeneration: review of literature and case reports. Curr Pharm Des. 2012, 18, 5559–5568 (in Polish).
  25. Piętka T., Krzymański G., Domański W., Przybysz J.: Allogenic frozen bone and autogenic bone marrow grafts in the treatment of extensive jawbone defects. Czas. Stomatol. 2007, 60, 312–320.
  26. Tonelli P., Duvina M., Barbato L., Biondi E., Nuti N., Brancato L., Rose G.D.: Bone regeneration in dentistry. Clin. Cases Miner. Bone Metab. 2011, 8, 24–28.
  27. Egusa H., Sonoyama W., Nishimura M., Atsuta I., Akiyama K.: Stem cells in dentistry – Part II: Clinical applications. J. Prost. Res. 2012, 56, 229–248.
  28. Egusa H., Sonoyama W., Nishimura M., Atsuta I., Akiyama K.: Stem cells in dentistry. Part I: stem cell sources. J. Prost. Res. 2012, 56, 151–165.
  29. Zaidi N., Nixon A.J.: Stem cell therapy in bone repair and regeneration. Ann. NY Acad. Sci. 2007, 1117, 62–72.
  30. Bajada S., Mazakova I., Richardson J.B., Ashammakhi N.: Updates on stem cells and their applications in regenerative medicine. J. Tissue Eng. Regen Med. 2008, 2, 169–183.