ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСТЕОКОНДУКТИВНЫХ И ОСТЕОИНДУКТИВНЫХ СВОЙСТВ БИОСОВМЕСТИМЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА | Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2015. № 2(53).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСТЕОКОНДУКТИВНЫХ И ОСТЕОИНДУКТИВНЫХ СВОЙСТВ БИОСОВМЕСТИМЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА

Проведены сравнительные исследования на лабораторных животных, направленные на изучение реакции костной ткани и мягкотканого компонента при имплантации пористого композиционного, гранулированного и гладкого никелида титана. Гистоморфологические исследования проводились после выведения животного из эксперимента. Результаты экспериментальных исследований позволяют дифференцированно рекомендовать их для использования в клинической практике. Гладкие материалы наиболее целесообразно применять при врожденных и приобретенных осевых деформациях растущего скелета. Пористые проницаемые биокомпозиты - для сохранения прочности и формы костной структуры. Гранулированные композиционные материалы - для заполнения костных дефектов со сложной анатомической структурой.

EXPERIMENTAL MORPHOLOGICAL EXAMINATION OF OSTEOCONDUCTIVE AND OSTEOINDUCTIVE PROPERTIES OF THE BIOCOMPATIBLE TINI COMPOS.pdf Введение В последние годы большое внимание уделяется разработке новых типов пластических материалов, обладающих биоинертностью и высокой совместимостью с тканями организма. Такими качествами обладает новый класс имплантатов, изготовленных из пористого и гладкого сплавов никелида титана, с памятью формы [1]. На базе кафедры травматологии и ортопедии Новокузнецкого ГИДУВа (г. Новокузнецк) и Сибирского физико-технического института (г. Томск) были разработаны конструкции на основе никелида титана для лечения ортопедотравматологических больных. Я. Л. Цивьян стал использовать устройства из никелида тита на при оперативном лечении с деформациями и компрессионным переломом позвоночника [2]. В ортопедии детского возраста материалы из никелида титана были успешно использованы Ф. С. Зубаировым (1992) при лечении врожденного вывиха бедра (рис. 1) [3]. Сплавы из никелида титана, наряду с такими общими достоинствами как износостойкость, прочность, антикоррозийная стойкость и высокая биологическая инертность, обладают термомеханической памятью или эффектом памяти формы в отличие от других сплавов, применяемых в хирургии. Министерством здравоохранения СССР приказом № 1027 от 05.08.1986 г. было разрешено использование конструкций из никелида титана в клинической практике [4]. № 2(53) июнь, 2015 Вопросы реконструктивной и пластической хирургии Рис. 1. Импланты из пористого никелида титана Цель исследования: в эксперименте исследовать остеокондуктивные и остеоиндуктивные свойства гранулированных и пористых материалов из никелида титана в условиях роста и созревания тканей. маТериал и меТоды Экспериментальные исследования проводились с учетом требований Хельсинской Декларации обращения с животными и в соответствии с Международными этическими и научными стандартами качества планирования и проведения исследований на животных и ТПК 125-2008 (02040). Эксперименты выполнены с соблюдением требований приказа Минздрава СССР № 176 от 12.08.1977 г. Комитетом по этике Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ) было дано заключение о соответствиизапланированных экспериментальных исследований этическим нормам и регламентирующим документам (от 16.06.2011 г. № 2021) [1]. Гистологические исследования проводились на базе ЦНИЛ СибГМУ (заведующийпроф. А. Н. Байков, морфолог проф. Е. А. Геренг) и на базе экспериментальной лаборатории НИИ медицинских материалов и имплантов с памятью формы при Томском государственном университете (директор проф. В. Э. Гюнтер, морфолог В. Н. Ходоренко). Рентгенологические исследования выполнялись на базе ветеринарной клиники при Томском филиале Новосибирской сельскохозяйственной академии (заведующий А.П. Недзельский), отделение ветеринарии (ветеринарный врачВ. И. Максимов). В соответствии с поставленной целью и задачами были выполнены экспериментально-морфологические исследования на 30 кроликах породы «шиншилла» обоего пола, начиная с шестимесячного возраста, массой тела 2700- 3500 г после изоляции в карантинном отделении в течение 15 дней. Животные содержались в одинаковых условиях обычного виварного режима, по одной особи в клетке площадью 0,5 м2 при смешанном освещении. Кормление животных и обеспечение водой осуществляли в соответствии с установленными нормами ухода. Температуру окружающей среды поддерживали в пределах (20 ± 2) °С, а относительную влажность (60 ± 5) %. Искусственное освещение регулировали таким образом, чтобы продолжительность светлого и темного периодов составляла по 12 ч. Помещение вентилировали приточновытяжными вентиляторами. Оперативные вмешательства и болезненные манипуляции проводились в условиях экспериментальной операционной ЦНИЛ СибГМУ с соблюдением всех правил асептики и антисептики. Все манипуляции, связанные с болевым воздействием, осуществляли с использованием ингаляционных и местных анестетиков в соответствии с методическими рекомендациями (Западюк И. Г., 1974, 1983), Руководством по содержанию лабораторных животных в питомниках и экспериментально-биологических клиниках (вивариях) (1993). Эвтаназию производили внутрибрюшинным введением летальной дозы 1 %-го раствора тиопентала натрия. С морфологических позиций были изучены вопросы регенерации костной ткани в зоне созданного дефекта при замещении его пористыми и порошковыми материалами из никелида титана в шейке бедренной кости в растущем организме экспериментального животного. Сроки выведения кроликов из эксперимента в каждой группе составили 10, 30, 180 и 360 сут. Первая часть эксперимента была направлена на изучение возможности заполнения искусственных костных дефектов, реакции костной ткани и способности ее прорастания в порошкообразных имплантах из микропористого никелида титана в условиях растущего организма экспериментального животного. Работа направлена на изучение возможности замещения костных дефектов, использования в качестве матрицы направленной тканевой регенерации и разработки функционирующих тканевых систем. Ход эксперимента. В проксимальном метафизе бедренной кости животного с помощью долота и молотка удалена передняя кортикальная пластинка, при помощи костной ложки выполнено выскабливание содержимого и произведена установка импланта. Гранулы заполнили образовавшийся дефект и уплотнены (рис. 2). Кортикальная пластинка уложена на прежнее место. Рана ушита послойно. Вопросы реконструктивной и пластической хирургии № 2(53) июнь, 2015 Слизовский Г.В., Ситко Л.А., Кужеливский И.И. Рис. 2. Заполнение костного дефекта гранулами из пористого биоинертного никелида титана Вторая часть эксперимента была направлена на изучение возможности заполнения искусственных костных дефектов в условиях растущего организма подопытного животного, а также реакции костной ткани и способности ее прорастания в биокомпозит и создания основы для плотной фиксации импланта. Ход эксперимента. В проксимальном метафизе бедренной кости животного с помощью долота и молотка удалена передняя кортикальная пластинка, при помощи костной ложки выполнено выскабливание содержимого и произведена установка импланта. Имплант уложен без необходимости фиксации. Кортикальная пластинка уложена на прежнее место. Послойное ушивание раны. Рентгенограмма проведена через 360 сут после операции (рис. 3). Рис. 3. Рентгенограмма проксимального отдела бедренной кости через 360 сут после имплантации пористого биокомпозита-никелида титана «пуля» ки времени (от 10 дней до 1 года) выявлено, чтопосле имплантации между любой контактирующей тканью и имплантатом наблюдается непосредственная связь. Ткани образуются (прорастают) в порах имплантата, постепенно заполняяих. Уже через 30 сут взаимодействия практически во всех порах наблюдали тканевые структуры, характерные для соединительной ткани. Ткань хорошо прилегает к стенкам пор, повторяя их рельеф. При увеличении времени пребывания имплантатов в организме до 1 года наблюдали уплотнение тканевых структур во всех порах. Структура тканей в порах и вокруг имплантата становится полностью идентичной (рис. 4). а б Рис. 4. Гистоморфометрические исследования интеграции тканей в структуру никелид-титанового имплантата. Образование (а, ув. 300) и соединениеи рост зародышей костной ткани (б, ув. 500) в порахимпланта из никелида титана (окраска - судан 3). Наснимках из эксперимента №11 от 26.02.2009 отмечены: B - кость, F - волокна мягкотканого компонента, M - имплантат Судя по проведенным гистоморфологическим исследованиям, реакция костной ткани на имплантацию пористого никелида титана реЗУльТаТы и обсУждение заключается в том, что в порах имплантата со временем образуется зрелая костная структуВ ходе изучения процессов образования тка-ра. Зарождение и рост костной ткани в пориней в порах имплантатов через разные промежут-стой структуре никелида титана происходит № 2(53) июнь, 2015 Вопросы реконструктивной и пластической хирургии одновременно во многих порах в виде отдельных ядер, которые затем разрастаются и сливаются. Постепенно костная ткань заполняет поры и соединяющие их каналы. Наличие проницаемой пористости у имплантатов из никелида титана дает возможность оптимизирования процессов остеоинтеграции после имплантации пористых проницаемых конструкций в костное ложе. Никелид титана в данном случае является остеокондуктором. Пористый никелид титана явился матриксом для костной ткани и интеграции остеогенных клеток (остеоиндукция). Свойства балочной структуры пористого никелида титана - высокий процент пористости и оптимальный размер пор инициируют высокий процент заполнения пор имплантата костной тканью, достигающий 60-80 % минерализованного костного матрикса через год после имплантации (рис. 5). Рис. 5. Гистоморфологическое исследование компонента «кость-имплантат» через год после операции. Ув. 100. Декальцинация, заливка в целлоидин Экспериментальные исследования образцов, проведенные после имплантации никелида титана в микропористом виде в ткани организма, показали, что он способен длительно функционировать в организме, не отторгаясь, обеспечивать стабильную регенерацию клеток и создавать на лиТераТУра дежную фиксацию с тканями организма за счет образования и роста тканей в порах имплантата. Интеграция костной ткани организма в микропористые импланты из никелида титана с заданными физико-механическими характеристиками в различные возрастные сроки жизни животного позволяет применять данный материал для замещения недостающей костной ткани. Микропористый никелид титана из сплаваТН- 10 (TiNiMoFe) представляет современныйбиоматериал, применение которого дает возможность для замещения костных дефектов, использования в качестве матрицы (остеокондуктора) направленной тканевой регенерации (остеоиндуктора) и разработки функционирующих тканевыхсистем. Прорастание костной ткани в имплантах происходит без биологического отторжения, плотность заполнения пор имплантата костной тканью достигает 60-80 % минерализованного костного матрикса через год после имплантации. Условия эксперимента и возрастные сроки животных для проведения морфологических исследований отвечают требованиям для обоснования применения усовершенствованных композиционных материалов в детском возрасте, характеризующемся интенсивным ростом и созреванием костей скелета. Заключение Результаты экспериментальных и сравнительных морфологических исследований реакции тканей на биосовместимые гладкие и композитные импланты из никелида титана в условиях растущего организма экспериментального животного позволяют дифференцированно рекомендовать их для использования в клинической практике. Пористые проницаемые биокомпозиты наиболее целесообразно применять для сохранения прочности и формы костной структуры, а значит опорной нагрузки (несовершенный остеогенез, диспластический коксартроз). Гранулированныекомпозиционные материалы - для заполнения костных дефектов со сложной анатомической структурой (костные кисты).

Ключевые слова

несовершенный остеогенез, регенерация, никелид титана, пористые импланты, imperfect osteogenesis, regeneration, titanium nickelide, porous implants

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Слизовский Григорий ВладимировичГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава РФтел.: 89138280168sgv5858@mail.ru
Ситко Леонид АлександровичГБОУ ВПО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава РФ
Кужеливский Иван ИвановичГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава РФ
Всего: 3

Ссылки

Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине / Под ред. проф. В. Э. Гюнтера. - Томск: НТЛ, 2004. - 440 с.
Ревелл П. А. Патология кости. - М.: Медицина, 1993. - 367 с.
Ходоренко В. Н., Моногенов А. Н., Гюнтер В. Э. Проницаемость медицинских пористых сплавов на основе никелида титана // Материалы международной конференции «Новые материалы в медицине». - Красноярск, 2000. - С. 12-13.
Roaf R. Implants in Surgery / Ed. by D.F. Williams. London, 2003. - 439 p.
 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСТЕОКОНДУКТИВНЫХ И ОСТЕОИНДУКТИВНЫХ СВОЙСТВ БИОСОВМЕСТИМЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА | Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2015. № 2(53).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСТЕОКОНДУКТИВНЫХ И ОСТЕОИНДУКТИВНЫХ СВОЙСТВ БИОСОВМЕСТИМЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА | Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2015. № 2(53).