Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

Журнал «Травма» Том 26, №4, 2025

Вернуться к номеру

Вивчення комбінованої дії модулюючих факторів на репаративний остеогенез

Авторы: S.V. Konovalenko (1), V.V. Protsenko (2), V.H. Tykhonov (1), Ye.O. Solonitsyn (2), Yu.K. Hrebennikov (3), V.F. Konovalenko (1), M.K. Ternovyi (1)
(1) - R.E. Kavetsky Institute of Experimental Pathology, Oncology and Radiobiology of NASU, Kyiv, Ukraine
(2) - Institute of Traumatology and Orthopedics of NAMSU, Kyiv, Ukraine
(3) - Kyiv City Clinical Hospital 12, Kyiv, Ukraine

Рубрики: Неврология

Разделы: Клинические исследования

Версия для печати


Резюме

Актуальність. На сучасному етапі продовжуються експериментальні дослідження та клінічні спостереження з метою розробки нових методів лікування для покращення загоєння переломів кісток. В епоху зростання захворюваності на первинні злоякісні й метастатичні пухлини кісток, а також у часи травматичної епідемії під час війни вивчення можливостей впливу на перебіг кісткової репарації з метою її прискорення або покращення є обґрунтованим напрямом експериментальних досліджень. Мета: вивчити вплив модулюючих факторів — інфрачервоного лазерного випромінювання, кальцитоніну та пробіотика на основі Bifidobacterium animalis — на загоєння кісткового дефекту в експерименті in vivo. Матеріали та методи. В експерименті in vivo вивчено репаративний остеогенез у 32 тварин (щури Wistar), великогомілкову кістку яких травмували стоматологічним буром, використовуючи кетаміновий наркоз. Вплив модулюючих факторів на формування кісткової мозолі оцінювали за допомогою дослідження ушкоджених кінцівок тварин з використанням рентген-діагностичної системи Toshiba Radrex потужністю 80 кВт із дозою випромінювання при цифровій рентгенографії 0,03 мЗв; укладка вентродорсальна (на животі, спиною наверх), а також права латеральна (бокові зйомки). Результати. Дослідження показало, що формування кісткової мозолі під впливом лазера йде активно, але нелінійно і не завжди симетрично, що перекликається з результатами, отриманими в інших дослідженнях. У цій роботі вперше приділено увагу вивченню поєднаного впливу одразу декількох модулюючих факторів на репаративний остеогенез, а саме лазерного випромінювання, гормону кальцитоніну й пробіотика. Слід зазначити, що максимальний стимулюючий вплив на формування кісткової мозолі в експериментальних тварин спостерігався в групі «лазер + кальцитонін», що можна охарактеризувати навіть як надмірну репаративну активність кісткової тканини. Натомість у групах, де був присутній пробіотик, репаративний остеогенез у щурів проходив більш гармонійно, демонструючі кращі рентгенологічні результати, як, наприклад, у групі «кальцитонін + пробіотик» і особливо в групі, де препарат B.animalis був поєднаний із лазером та введенням кальцитоніну. Можна обґрунтовано припустити, що здатність B.animalis нормалізувати кальцієвий метаболізм створює умови для репаративного остеогенезу, максимально наближеного до фізіологічного сценарію. Висновки. Поєднання кальцитоніну з пробіотиком, а також лазерного випромінювання з кальцитоніном і пробіотиком сприяло гармонійному репаративному остеогенезу, що підтверджується відповідною рентгенологічною картиною. Здатність B.animalis зменшувати інтенсивність системного запалення, а також модулювати всмоктування кальцію з кишечника і впливати на його метаболічні шляхи може бути передумовою досягнення повноцінної кісткової репарації.

Background. At the present stage, experimental studies and clinical observations are continuing to develop new treatment methods for improvement of bone fracture healing. In the era of increasing incidence of primary malignant and metastatic bone tumors, as well as in times of traumatic epidemics during the war, studying the possibilities of influencing the course of bone repair in order to accelerate or improve it is a justified direction of experimental research. Objective: to study the influence of modulating factors — infrared laser radiation, calcitonin and probiotic based on Bifidobacterium animalis — on the healing of a bone defect in an in vivo experiment. ­Materials and methods. Reparative osteogenesis was studied in 32 animals (Wistar rats) whose tibia were injured with a dental drill using ketamine anesthesia. The influence of modulating factors on the formation of bone callus was assessed by studying the injured limbs of animals using the Toshiba Radrex X-ray diagnostic system, with a power of 80 kW, a radiation dose during digital radiography of 0.03 mSv, ventrodorsal positioning (on the stomach, back up), as well as right lateral (side views). Results. The study showed that the formation of bone callus under the influence of the laser is active, but nonlinear and not always symmetrical, which is in line with the results obtained in other studies. Instead, this work for the first time paid attention to the study of the combined effect of several modulating factors on reparative osteogenesis, namely laser irradiation, calcitonin and probiotic. It should be noted that we observed the maximum stimulating effect on the formation of bone callus in experimental animals in the laser + calcitonin group, which can even be characterized as excessive reparative activity of bone tissue. On the other hand, in the groups where a probiotic was present, reparative osteogenesis in rats proceeded more harmoniously, demonstrating better radiological results, such as in the calcitonin + probiotic group and especially in the group where the B.animalis preparation was combined with laser and calcitonin administration. It can be reasonably assumed that the inhe­rent ability of B.animalis to normalize calcium metabolism creates conditions for reparative osteogenesis, as close as possible to the physiological scenario. Conclusions. The combination of calcitonin with a probiotic, as well as laser irradiation with calcitonin and a probiotic promoted harmonious reparative osteogenesis, which is confirmed by the corresponding radiological picture. The ability of B.animalis to reduce the intensity of systemic inflammation, to modulate calcium absorption from the intestine and influence its metabolic pathways may be a prerequisite for achieving complete bone repair.


Ключевые слова

травматичнi та онколітичні ушкодження кісток; переломи; репаративний остеогенез; кісткова мозоль; інфрачервоне лазерне випромінювання; кальцитонін; Bifidobacterium animalis; кальцій; рентгенограма

traumatic and oncolytic bone injuries; fractures; reparative osteogenesis; bone callus; infrared laser radiation; calcitonin; Bifidobacterium animalis; calcium; radiograph


Для ознакомления с полным содержанием статьи необходимо оформить подписку на журнал.


Список литературы

1. Chekhun V. Modern Landscape of Innovative Technologies in Optimizing the Quality of Life of Cancer Patients. Experimental Oncology. 2025;46(4):281-288.
2. Drobotun O, Protsenko V, Ternovyy N. Improving Patients’ Quality of Life After Surgical Treatment of Primary Malignant Bone Tumors Using a Training 3D Model. Experimental Oncology. 2025;46(4):341-344.
3. Panez-Toro I, Muoz-Garca J, Vargas-Franco JW, et al. Advances in Osteosarcoma. Curr Osteoporos Rep. 2023;21(4):330-343. doi: 10.1007/s11914-023-00803-9.
4. Hosseini H, Heydari S, Hushmandi K, Daneshi S, Raesi R. Bone tumors: a systematic review of prevalence, risk determinants, and survival patterns. BMC Cancer. 2025;25(1):321.
5. Cini C, Asunis E, Griffoni C, Evangelisti G, Tedesco G, et al. Surgical Management of Sacral Bone Tumors: A Retrospective Analysis of Outcomes, Complications, and Survival. Diagnostics (Basel). 2025;15(7):917.
6. Lukianova N, Zadvornyi T, Kashuba E, Borikun T, Mushii O, Chekhun V. Expression of markers of bone tissue remodeling in breast cancer and prostate cancer cells in vitro. Exp Oncol. 2022;44(1):39-46. doi: 10.32471/exp-oncology.2312-8852.vol-44-no-1.17354.
7. Chekhun VF. MicroRNAs are a key factor in the globalization of tumor-host relationships. Exp Oncol. 2019;41(3):188-194. doi: 10.32471/exp-oncology.2312-8852.vol-41-no-3.13431.
8. Seibel MJ. Biochemical markers of bone turnover: part I: biochemistry and variability. Clin Biochem Rev. 2005;26(4):97-122.
9. Garnero P. The Utility of Biomarkers in Osteoporosis Management. Mol Diagn Ther. 2017;21(4):401-418.
10. Gewartowska O, et al. Cytoplasmic polyadenylation by TENT5A is required for proper bone formation. Cell Rep. 2021;35:109015. doi: 10.1016/j.celrep.2021.109015.
11. Tanaka S, Matsumoto T. Sclerostin: from bench to bedside. J Bone Miner Metab. 2021;39:332-340. doi: 10.1007/s00774-020-01176-0.
12. De Pace R, Iaquinta MR, Benkhalqui A, et al. Revolutionizing bone healing: the role of 3D models. Cell Regen. 2025;14:7. doi: 10.1186/s13619-025-00225-1.
13. Noda S, et al. Effect of cell culture density on dental pulp-derived mesenchymal stem cells with reference to osteoge-nic differentiation. Sci Rep. 2019;9:5430. doi: 10.1038/s41598-019-41741-w.
14. De Freitas LC, Kawamoto EL, et al. Use of Phototherapy and Er-YAG Laser in the Management of Mandible Osteoradionecrosis: a Case Report. J Lasers Med Sci. 2023;14:e58.
15. El Mobadder M, Grzech-Lesniak Z, El Mobadder W, Rifai M, Ghandour M, Nammour S. Management of Medication-Related Osteonecrosis of the Jaw with Photobiomodulation and Minimal Surgical Intervention. Dent J. 2023;11:127.
16. Chen AC, Arany PR, Huang YY, Tomkinson EM, Sharma SK, Kharkwal GB, et al. Low-level laser therapy activates NF-kB via generation of reactive oxygen species in mouse embryonic fibroblasts. PLoS One. 2011;6:e22453.
17. Rola P, et al. Changes in Cell Biology under the Influence of Low-Level Laser Therapy. Photonics. 2022;9:502.
18. Wan Z, Zhang P, Lv L, Zhou Y. NIR light-assisted phototherapies for bone-related diseases and bone tissue regeneration: a systematic review. Theranostics. 2020;10(25):11837-11861.
19. Fu J, Liu X, Tan L, Cui Z, Zheng Y, Liang Y, et al. Photoelectric-responsive extracellular matrix for bone engineering. ACS Nano. 2019;13:13581-13594. doi: 10.1021/acsnano.9b08115.
20. Sanchez-Casanova S, Martin-Saavedra FM, Escudero-Duch C, Falguera Uceda MI, Prieto M, Arruebo M, et al. Local delivery of bone morphogenetic protein-2 from near infrared-responsive hydrogels for bone tissue regeneration. Biomaterials. 2020;241:119909.
21. Berni M, Brancato AM, Torriani C, Bina V, Annunziata S, Cornella E, et al. The Role of Low-Level Laser Therapy in Bone Healing: systematic review. Int J Mol Sci. 2023;24(8):7094.
22. Mehreen A, Faisal M, Zulfiqar B, Hays D, Dhananjaya K, Yaseen F, Liang Y. Connecting bone remodeling and regeneration: unraveling hormones and signaling pathways. Biology (Basel). 2025;14(3):274.
23. Bonura A, Brunelli N, Marcosano M, Iaccarino G, Fofi L, Vernieri F, Altamura C. Calcitonin gene-related peptide systemic effects: embracing the complexity of its biological roles — a narrative review. Int J Mol Sci. 2023;24(18):13979.
24. Keller J, et al. Calcitonin controls bone formation by inhibiting the release of sphingosine 1-phosphate from osteoclasts. Nat Commun. 2014;5:5215. doi: 10.1038/ncomms6215.
25. Weiss RE, Singer FR, Gorn AH, Hofer DP, Nimni ME. Calcitonin stimulates bone formation when administered prior to initiation of osteogenesis. J Clin Invest. 1981;68(3):815-818. doi: 10.1172/jci110319.
26. Harahap IA, Moszak M, Czlapka-Matyasik M, Skrypnik K, Bogdaski P, Suliburska J. Effects of daily probio-tic supplementation with Lactobacillus acidophilus on calcium status, bone metabolism biomarkers, and bone mineral density in postmenopausal women: a controlled and randomized clinical study. Front Nutr. 2024;11:1401920. doi: 10.3389/fnut.2024.1401920.
27. Suliburska J, Harahap IA, Skrypnik K, Bogdaski P. The Impact of Multispecies Probiotics on Calcium and Magnesium Status in Healthy Male Rats. Nutrients. 2021;13(10):3513. doi: 10.3390/nu13103513.
28. Harahap IA, Suliburska J. Probiotics and isoflavones as a promising therapeutic for calcium status and bone health: a narrative review. Foods. 2021;10(11):2685. doi: 10.3390/foods10112685.
29. Liu Y, Zhao Y, Yang Y, Wang Z. Effects of probiotics, prebiotics, and synbiotics on calcium homeostasis and bone health with aging: a systematic review. Worldviews Evid Based Nurs. 2019;16(6):478-484. doi: 10.1111/wvn.12405.
30. Collins FL, Rios-Arce ND, Schepper JD, Parameswaran N, McCabe LR. The Potential of Probiotics as a Therapy for Osteoporosis. Microbiol Spectr. 2017;5(4): 10.1128/microbiolspec.bad-0015-2016. doi: 10.1128/microbiolspec.BAD-0015-2016.
31. Wang F, Wei W, Liu PJ. Effects of probiotic supplementation on bone health in postmenopausal women: a syste-matic review and meta-analysis. Front Endocrinol (Lausanne). 2024;15:1487998. doi: 10.3389/fendo.2024.1487998.
32. Yumol JL, Gittings W, de Souza RJ, Ward WE. A systematic review and meta-analysis of the effects of probiotics on bone outcomes in rodent models. J Bone Miner Res. 2025;40(1):100-113. doi: 10.1093/jbmr/zjae187.
33. Fu FS, Chen HH, Chen Y, Yuan Y, Zhao Y, Yu A, Zhang XZ. Engineered Bacillus subtilis enhances bone rege–neration via immunoregulation and anti-infection. Bioact Mater. 2025;46:503-515. doi: 10.1016/j.bioactmat.2025.01.003.
34. Handool KO, Ibrahim SM, Kaka U, et al. Optimization of a closed rat tibial fracture model. J Exp Ortop. 2018;5:13. doi: 10.1186/s40634-018-0128-6.
35. Anggita M, Nugroho WS, Fibrianto YH, Budhi S, Budipitojo T. Callus formation in fractured femur of rats treated with injection of human umbilical cord mesenchymal stem cell-conditioned medium. Vet Med Int. 2021;2021:8410175. doi: 10.1155/2021/8410175.
36. Stetsiv M, Abdulsalam S, Dauphinee D, Sanjay A, Guzzo RM. Epigenetic control of osteogenesis: pathways toward improved bone regeneration. Curr Osteoporos Rep. 2025;23(1):27. doi: 10.1007/s11914-025-00923-4.
37. Villafan-Bernal JR, Franco-De La Torre L, Sandoval-Rodriguez AS, Armendariz-Borunda J, Alcala-Zermeno JL, Cruz-Ramos JA, et al. Molecular profiling of a simple rat model of open tibial fractures with hematoma and periosteum disruption. Exp Ther Med. 2016;12(5):3261-3267. doi: 10.3892/etm.2016.3758.
38. Ciobanu P, Danciu M, Pascu A, Gardikiotis I, Forna N, Sirbu MT, et al. Experimental Study on Rats with Critical-Size Bone Defects Comparing Effects of Autologous Bone Graft, Equine Bone Substitute Bio-Gen® Alone or in Association with Platelet-Rich Fibrin (PRF). Polymers. 2024;16(11):1502. doi: 10.3390/polym16111502.
39. Dalle Carbonare L, Cominacini M, Trabetti E, Bombieri C, Pessoa J, Romanelli MG, Valenti MT. The bone microenvironment: new insights into the role of stem cells and cell communication in bone regeneration. Stem Cell Res Ther. 2025;16(1):169. doi: 10.1186/s13287-025-04288-4.
40. Kanjilal D, Grieg C, Culbertson MD, Lin SS, Vives M, Benevenia J, O’Connor JP. Improved osteogenesis in rat femur segmental defects treated with human allograft and zinc adjuvants. Exp Biol Med (Maywood). 2021;246(16):1857-1868. doi: 10.1177/15353702211019008.
41. Amaroli A, Colombo E, Zekiy A, Aicardi S, Benedicenti S, de Angelis N. Interaction between laser light and osteoblasts: photobiomodulation as a trend in the management of socket bone preservation — a review. Biology. 2020;9(11):409. doi: 10.3390/biology9110409.
42. Dos Santos CPC, Cruel PTE, Buchaim DV, da Cunha MR, Ervolino E, Issa JPM, et al. Calcium hydroxyapatite combined with photobiomodulation for bone tissue repair: a systematic review. Materials. 2025;18(5):1120. doi: 10.3390/ma18051120.
43. De Lima Luna CA, do Couto MFN, Alves MSA, de Andrade Hage C, de Figueiredo Chaves RH, Guimarães DM. Photobiomodulation of alveolar bone healing in rats with low-level laser and light emitting diode therapy. Lasers Med Sci. 2025;40(1):26. doi: 10.1007/s10103-025-04281-6.
44. Hazrati P, Azadi A, Fekrazad S, Wang HL, Fekrazad R. The effect of photobiomodulation therapy on fracture healing: a systematic review and meta-analysis of animal studies. Lasers Med Sci. 2025;40(1):121. doi: 10.1007/s10103-025-04376-0.
45. Sasso Stuani MB, Sasso Stuani A, Leite Pedroso G, da Silva Mira PC, Gollino S, Dastra M, Melsen B. The effect of low-level laser therapy after rapid maxillary expansion: Mic-ro-CT analysis. Lasers Med Sci. 2025;40(1):245. doi: 10.1007/s10103-025-04497-6.
46. McCabe LR, Parameswaran N. Advances in Probiotic Regulation of Bone and Mineral Metabolism. Calcif Tissue Int. 2018;102(4):480-488. doi: 10.1007/s00223-018-0403-7.
47. Malmir H, Ejtahed HS, Soroush AR, Mortazavian AM, Fahimfar N, Ostovar A, et al. Probiotics as a New Regulator for Bone Health: a systematic review and meta-analysis. Evid Based Complement Alternat Med. 2021;2021:3582989. doi: 10.1155/2021/3582989.

Вернуться к номеру