Journal of STM - Html View - Официален сайт на сп. Съвременни технологии в медицината

Целта на изследването е да се изследват морфологичните особености на репаративната остеогенеза по време на имплантиране на мрежести структури, изработени от титанов никелид, в кухинен дефект на метафизата на бедрената кост на плъхове.

Материали и методи. В експеримент върху плъхове е изследвано репаративно костно образуване по време на имплантиране на мрежести структури от титанов никелид в кухинен дефект на метафизата на бедрената кост. Използвани са методите на рентгенография, светлинна и сканираща електронна микроскопия и рентгенов електронен сонда микроанализ.

Резултати. Установено е, че микропорестата повърхност на импланта осигурява адхезия на остеобласти, остеоинтеграция и адсорбция на ендогенни костни морфогенетични протеини. Имплантът има остеокондуктивни и остеоиндуктивни свойства, спира възпалителния процес. В периосталната зона на дефекта около структурите на импланта се образува мембранна защитна бариера, която предотвратява врастването на съединителната тъкан и осигурява репаративна остеогенеза, насочена към увредената зона. Компенсацията на дефекта се извършва от възникващата пореста кост, чиято обемна плътност е повече от един и половина пъти по-висока от контролните стойности.

Основната пречка за реституцията на големи костни дефекти е покълването на съединителната тъкан от периосталната повърхност, което се дължи на по-високата скорост на миграция на фибробласти в сравнение с остеогенните клетки [1–3]. Това може напълно или частично да инхибира процеса на репаративно костно образуване и да доведе до заместване на дефекта с плътна съединителна тъкан от типа на белег. Да се осигурят оптимални условия за формиране на органотипрегенерират, е разработен метод за насочена репаративна остеогенеза с помощта на мембранна технология, която предотвратява врастването на съединителната тъкан [4, 5]. За целта се използват мембрани от синтетични и естествени материали, които обаче не са остеоинтегрирани, могат да причинят възпалителна реакция и оток на тъканите и използването им изисква многократна хирургична интервенция [6, 7]. Нови възможности възникнаха поради въвеждането на медицински технологии, свързани с използването на импланти на базата на никел и титан, които по механични характеристики са близки до костната тъкан и са биосъвместими [8–10]. Въпреки това, всички изследвания на този материал са извършени с моделиране само на малки перфорирани костни дефекти и без контролна серия от експерименти. Ефективността на лечението на обемни кухини на костни дефекти при условия на имплантиране на мрежести структури от титанов никелид и особеностите на образуването на костен регенерат в този случай не са изследвани досега. Това показва актуалността на проблема и необходимостта от допълнителни изследвания.

Имплантът представляваше мрежеста рамка от никел-титаниева нишка TN-10 с калибър 90 µm, оформена по типа плетена плетка с клетки — през отворени макропори с диаметър 100–300 µm (фиг. 1а) [11].

Статистическият анализ беше извършен с помощта на Microsoft Excel 2010. Данните бяха представени като средна стойност (M), стандартна грешка на средната стойност (m) и ниво на значимост (p). Сравняване на значимостта на междугруповите различияпараметрите, отчитащи нормалността на разпределението, бяха изчислени с помощта на t-критерия на Student. Разликите се считат за статистически значими на стр

Таблица 1.Характеристики на костната тъкан в дефекта на кухината на метафизата в контролните и експерименталните групи животни и в интактната метафиза на контралатералния крайник (M± m)

В експерименталната група животни, 7 и 14 дни след операцията, в периосталната зона на дефекта около нишките и клетките на импланта се образува тънка мембраноподобна обвивка от неоформена съединителна тъкан, която се образува от вълнообразно усукани плоски снопчета от плътно преплетени колагенови влакна, ориентирани в различни посоки (фиг. 2, а). Образуването на черупката започва на повърхността на нишката в местата на нейните тъкани и се разпространява от периферията на клетките към техния център. Черупката имаше слоеста структура. Вътрешният слой се състои от плътна, образувана съединителна тъкан. Колагеновите влакна бяха сглобени в плътни, кръгло ориентирани шнуровидни снопове и оплитаха нишките на импланта под формата на муфа, бяха твърдо фиксирани към тяхната микропореста повърхност, израснаха в пролуките между тях и осигуриха фиксирането на нишките на импланта помежду си и в костния дефект (фиг. 2b). Външният слой на черупката е образуван от плътна, неоформена съединителна тъкан, тънки плоски снопчета от колагенови влакна, които са разположени в мрежа с фина мрежа в различни посоки между шнуровидните снопчета на рамката на вътрешния слой и са свързани с околните костни и мекотъканни структури (фиг. 2в). Под съединителнотъканната мембрана в ендосталните и централните зони на дефекта и по ръбовете му около структурите на импланта и на тяхната повърхност, зони на активна апозицияобразуване на кости. Слой от ретикулофиброзна костна тъкан с дебелина 300–400 µm се образува директно върху повърхността на нишките на импланта, образувайки плътна остеоинтегративна става (фиг. 3а). Нишките на импланта бяха покрити с минерализирана костна матрица в областите на остеоинтеграция. Новообразуваните трабекули прераснаха в фино-мрежестата структура на импланта (фиг. 3b, c).

Фиг. 3.Насочвана репаративна остеогенеза в метафизния дефект 7 (a) и 14 дни (b, c) след операцията:

(a, b) карти за микроанализ на рентгенова електронна сонда, изображения в характеристичната рентгенова емисия на калциеви атоми; c — сканираща електронна микроскопия (органичните компоненти се отстраняват с 6% разтвор на натриев хипохлорит); стрелките маркират зони на остеоинтеграция; увеличение: a — ×100; b - ×25; c - ×70

Резултатите от количествените изследвания (виж таблица 1) показват значително активиране на репаративното костно образуване и повишаване на степента на зрялост на новообразуваната костна тъкан в регенератите на животни от експерименталната група в сравнение с контролната група. Така обемната плътност на костната тъкан в дефекта е 144,19%, а индексът на компактност е 155,56% в сравнение със стойностите в контролната група животни (p

a, b, d, e, f - карти на микроанализа с рентгенова електронна сонда, изображения в характеристичната рентгенова емисия на калциеви атоми; a, b, d, e — ×20; f — ×40; c — сканираща електронна микроскопия, ×500

Таблица 2.Съдържанието на остеотропни химични елементи в регенерата, образуван в дефекта на кухината на метафизата в контролната и опитната група животни 60 дни след операцията и в интактната метафизаконтралатерален крайник, % (M ± m)

В експерименталната група животни, 30-60 дни след операцията, зоната на костния дефект е заменена с регенерат, в който преобладава гъбестата кост (фиг. 4, b, e). Образува се новообразувана област на кортикалния слой, представена от компактна кост с ламеларна структура. По периосталната повърхност на дефекта около импланта имаше снопчета колагенови влакна от плътната съединителна тъкан на защитната обвивка, образуващи плексуси като рустикална ограда (фиг. 4в). Филаментите на импланта бяха заобиколени от остеоид или напълно обрасли с новообразувана костна тъкан, образувайки композит, компактна кост, подсилена с титанов никелид (фиг. 4f). Обемната плътност на костната тъкан, индексът на компактност и степента на минерализация на регенерата бяха малко по-ниски от тези на интактната метафиза, но до края на експеримента тези разлики не бяха статистически значими; те обаче бяха повече от един и половина пъти по-големи (p

Резултатите от изследването показват, че в периосталната област на дефекта се образува слой от плътна съединителна тъкан на повърхността на импланта, който действа като биологична защитна бариера и предотвратява покълването на параосална съединителна тъкан. В същото време дефектът се компенсира с пореста кост, чиято обемна плътност на всички етапи от експеримента е повече от един и половина пъти по-висока от контролните стойности, а неговият минерален състав до края на експеримента се доближава до стойностите на порестата кост на интактната метафиза. Репаративното образуване на кост се извършва според вида на директната интрамембранозна и апозиционна остеогенеза. В нито един от случаите няма признаци на възпалителен процес, което потвърждаваданните, които получихме по-рано [8–10]. Микропорестата структура на повърхностния слой на нишките на импланта улеснява остеобластната адхезия, остеоинтеграцията и остеокондуктивните свойства. Благодарение на капилярните свойства на импланта се осъществява адсорбция на ендогенни костни морфогенетични протеини, чиято функционална активност осигурява остеоиндуктивността на импланта [12].

Заключение. Мрежестият имплант от титаниев никелид има добра биосъвместимост, остеокондуктивни, остеоиндуктивни и остеопластични свойства, спира възпалителния процес и може успешно да се използва за заместване на костни дефекти с обемна кухина.

Финансиране на изследването. Работата е извършена в рамките на одобрената тема на изследването.

Конфликт на интереси. Авторите на тази статия потвърждават, че няма конфликт на интереси.