Оценка элементного состава и рентгенологической плотности костной ткани при замещении метафизарного дефекта биокерамическими фосфат-силикатными гранулами (экспериментальное исследование)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Известно, что биокерамические имплантаты, изолированно содержащие различные соединения кальция или кремния, демонстрируют остеокондуктивный эффект при замещении посттравматических дефектов костной ткани. Совместное использование этих элементов в едином материале должно потенцировать органотипическое заполнение костной полости путём создания благоприятного ионного микроокружения и стадийной биодеградации.

Цель. Выявить корреляцию рентгенологических показателей плотности новообразованной ткани и содержания микро- и макроэлементов в костном дефекте при его замещении биокерамикой с различным массовым соотношением фосфата и силиката кальция.

Материалы и методы. Исследование выполнялось на кроликах-самцах породы белый великан, у которых после получения стандартизированного отграниченного метафизарного костного дефекта для его замещения использовали имплантаты с варьируемым соотношением фосфата кальция и силиката кальция (в пропорциях 40/60, 50/50 и 60/40 масс.%). Оценка результатов проводилась методами мультиспиральной компьютерной томографии и растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа с выявлением методом корреляционного анализа возможных связей между полученными данными.

Результаты. Количественные показатели содержания кальция и фосфора в костном регенерате во всех группах нарастали преимущественно в сроки от 30 до 60 суток, а показатели кремния, достигая максимума к 30-м суткам эксперимента, в дальнейшем монотонно снижались, что свидетельствовало об участии этого микроэлемента в пусковых регенераторных процессах, а его снижение служило маркером органотипической перестройки. В ходе элементного анализа новообразованной костной ткани при имплантации биокерамики, содержащей фосфат и силикат кальция в пропорции 60/40 масс.%, были отмечены наибольшее количество кальция, фосфора и кремния и наибольшая плотность новообразованной костной ткани, что имело прямую корреляционную связь, причём эта закономерность наблюдалась как в ранние сроки (30 суток), так и на протяжении всего экспериментального исследования.

Заключение. Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о целесообразности изучения особенностей течения репаративного остеогенеза в зависимости от ионного окружения, а также высоком потенциале использования синтетической биокерамики в целом и перспективности применения имплантатов на основе фосфатно-силикатных композитов для замещения костных дефектов.

Об авторах

Андрей Александрович Рождественский

Омский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: Rozhdestvensky@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-9566-6926
SPIN-код: 3348-5229

MD

Россия, 644020, Омск, ул. Серова, 56

Герман Герман Дзюба

Омский государственный медицинский университет

Email: germanort@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4292-213X
SPIN-код: 3290-2830

доктор медицинских наук, доцент

Россия, 644020, Омск, ул. Серова, 56

Денис Андреевич Полонянкин

Омский государственный технический университет

Email: apolonyankin@omgtu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6799-3105
SPIN-код: 8251-9838

кандидат педагогических наук

Россия, Омск

Список литературы

  1. Штейнле А.В. Посттравматическая регенерация костной ткани (часть 1) // Сибирский медицинский журнал. 2009. Т. 4, № 1. С. 101–108. EDN: KZFTDH
  2. Борзунов Д.Ю. Несвободная костная пластика по Г.А. Илизарову в проблеме реабилитации больных с дефектами и ложными суставами длинных костей // Гений ортопедии. 2011. № 2. С. 21–26. EDN: OGCTHL
  3. Bokov A.E., Mlyavykh S.G., Shirokova N.Y., Davydenko D.V., Orlinskaya N.Y. Current Trends in the Development of Materials for Bone Grafting and Spinal Fusion (Review) // Modern Technologies in Medicine. 2018. Vol. 10, № 4. P. 203–219. doi: 10.17691/stm2018.10.4.24
  4. Путляев В.И. Современные биокерамические материалы // Соровский образовательный журнал. 2004. Т. 8, № 1. С. 44–50.
  5. Zhou P., Xia D., Ni Z., et al. Calcium silicate bioactive ceramics induce osteogenesis through oncostatin M // Bioact Mater. 2020. Vol. 6, № 3. P. 810–822. doi: 10.1016/j.bioactmat.2020.09.018
  6. Persikov A.V., Brodsky B. Unstable molecules form stable tissues // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2002. Vol. 99, № 3. P. 1101–1103. doi: 10.1073/pnas.042707899
  7. Громова О.А., Торшин И.Ю., Лиманова О.А. Кальций и его синергисты в поддержке структуры соединительной и костной ткани // Лечащий врач. 2014. № 5. С. 69. EDN: SCPKLN
  8. Mu Y., Du Z., Xiao L., et al. The Localized Ionic Microenvironment in Bone Modelling/Remodelling: A Potential Guide for the Design of Biomaterials for Bone Tissue Engineering // J Funct Biomater. 2023. Vol. 14, № 2. P. 56. doi: 10.3390/jfb14020056
  9. Gharbi A., Oudadesse H., El Feki H., et al. High Boron Content Enhances Bioactive Glass Biodegradation // J Funct Biomater. 2023. Vol. 14, № 7. P. 364. doi: 10.3390/jfb14070364
  10. Jugdaohsingh R. Silicon and bone health // J Nutr Health Aging. 2007. Vol. 11, № 2. P. 99–110.
  11. Zhou B., Jiang X., Zhou X., et al. GelMA-based bioactive hydrogel scaffolds with multiple bone defect repair functions: therapeutic strategies and recent advances // Biomater Res. 2023. Vol. 27, № 1. P. 86. doi: 10.1186/s40824-023-00422-6
  12. Скрипникова И.А., Гурьев А.В. Микроэлементы в профилактике остеопороза: фокус на кремний // Остеопороз и остеопатии. 2014. Т. 17, № 2. С. 36–40. doi: 10.14341/osteo2014236-40
  13. Ros-Tárraga P., Mazón P., Revilla-Nuin B., et al. High temperature CaSiO3-Ca3(PO4)2 ceramic promotes osteogenic differentiation in adult human mesenchymal stem cells // Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2020. Vol. 107. P. 110355. doi: 10.1016/j.msec.2019.110355
  14. Misch C.E., Kircos L.T. Diagnostic imaging and techniques. Contemporary Implant Dentistry. 2nd ed. Mosby; St. Louis, 1999. P. 73–87.
  15. Рождественский А.А., Дзюба Г.Г., Ерофеев С.А., и др. Репаративная регенерация при замещении костного дефекта синтетическим гранулированным имплантатом на основе различных комбинаций фосфата и силиката кальция // Политравма. 2023. № 4. С. 63–71. EDN: BVAOQD
  16. Kupka J.R., Sagheb K., Al-Nawas B., Schiegnitz E. The Sympathetic Nervous System in Dental Implantology // J Clin Med. 2023. Vol. 12, № 8. P. 2907. doi: 10.3390/jcm12082907
  17. Takayama T., Imamura K., Yamano S. Growth Factor Delivery Using a Collagen Membrane for Bone Tissue Regeneration // Biomolecules. 2023. Vol. 13, № 5. P. 809. doi: 10.3390/biom13050809
  18. Корыткин А.А., Зыкин А.А., Захарова Д.В., Новикова Я.С. Применение обогащённой тромбоцитами плазмы при замещении очага аваскулярного некроза головки бедренной кости аллотрансплантатами // Травматология и ортопедия России. 2018. Т. 24, № 1. С. 115–122. doi: 10.21823/2311-2905-2018-24-1-115-122
  19. Блаженко А.Н., Родин И.А., Понкина О.Н., и др. Влияние A-PRP-терапии на репаративную регенерацию костной ткани при свежих переломах костей конечностей // Инновационная медицина Кубани. 2019. Т. 3, № 15. С. 32–38. doi: 10.35401/2500-0268-2019-15-3-32-38
  20. Wang Y., Kim J., Chan A., Whyne C., Nam D. A two-phase regulation of bone regeneration: IL-17F mediates osteoblastogenesis via C/EBP-β in vitro // Bone. 2018. Vol. 116. P. 47–57. doi: 10.1016/j.bone.2018.07.007
  21. Monageng E., Offor U., Takalani N.B., Mohlala K., Opuwari C.S. A Review on the Impact of Oxidative Stress and Medicinal Plants on Leydig Cells // Antioxidants (Basel). 2023. Vol. 12, № 8. P. 1559. doi: 10.3390/antiox12081559
  22. Дедов И.И., Мельниченко Г.А. Эндокринология. Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2019. 1112 с.
  23. Gao M., Du Z., Dong Q., Su S., Tian L. DAP1 regulates osteoblast autophagy via the ATG16L1-LC3 axis in Graves’ disease-induced osteoporosis // J Orthop Surg Res. 2023. Vol. 18, № 1. P. 711. doi: 10.1186/s13018-023-04171-z
  24. Мироманов А.М., Гусев К.А. Гормональная регуляция остеогенеза: обзор литературы // Травматология и ортопедия России. 2021. Т. 27, № 4. С. 120–130. doi: 10.21823/2311-2905-1609
  25. Aguilar A., Gifre L., Ureña-Torres P., et al. Pathophysiology of bone disease in chronic kidney disease: from basics to renal osteodystrophy and osteoporosis // Front Physiol. 2023. Vol. 14. P. 1177829. doi: 10.3389/fphys.2023.1177829
  26. Hwang J., Lee S.Y., Jo C.H. Degenerative tendon matrix induces tenogenic differentiation of mesenchymal stem cells // J Exp Orthop. 2023. Vol. 10, № 1. P. 15. doi: 10.1186/s40634-023-00581-4
  27. Xu B., Wang X., Wu C., et al. Compound icariin enhances BMP-2 induced differentiation and signalling by targeting to connective tissue growth factor (CTGF) in SAMP6 osteoblasts // PloS One. 2018. Vol. 13, № 7. P. e0200367. doi: 10.1371/journal.pone.0200367
  28. Shkurupy V.A., Kim L.B., Kovner A., Cherdanceva L.A. Connective tissue and the problems of its pathological conditions // Bulletin of Siberian Medicine. 2017. Vol. 16. P. 75–85. doi: 10.20538/1682-0363-2017-4-75-85
  29. Mofakhami S., Salahinejad E. Biphasic calcium phosphate microspheres in biomedical applications // J Control Release. 2021. Vol. 338. P. 527–536. doi: 10.1016/j.jconrel.2021.09.004
  30. Kamitakahara M., Tatsukawa E., Shibata Y., et al. Effect of silicate incorporation on in vivo responses of α-tricalcium phosphate ceramics // J Mater Sci Mater Med. 2016. Vol. 27, № 5. P. 97. doi: 10.1007/s10856-016-5706-5
  31. Dashnyam K., Buitrago J.O., Bold T., et al. Angiogenesis-promoted bone repair with silicate-shelled hydrogel fiber scaffolds // Biomater Sci. 2019. Vol. 7, № 12. P. 5221–5231. doi: 10.1039/c9bm01103j
  32. Edranov S.S., Matveeva N.Y., Kalinichenko S.G. Osteogenic and Regenerative Potential of Free Gingival Graft // Bull Exp Biol Med. 2021. Vol. 171. P. 404–401. doi: 10.1007/s10517-021-05237-w
  33. Zhang J., Liu Y., Chen Y., et al. Adipose-Derived Stem Cells: Current Applications and Future Directions in the Regeneration of Multiple Tissues // Stem Cells Int. 2020. Vol. 2020. P. 8810813. doi: 10.1155/2020/8810813
  34. Karadjian M., Essers C., Tsitlakidis S., et al. Biological Properties of Calcium Phosphate Bioactive Glass Composite Bone Substitutes: Current Experimental Evidence // Int J Mol Sci. 2019. Vol. 20, № 2. P. 305. doi: 10.3390/ijms20020305
  35. Keshavarz M., Alizadeh P., Kadumudi F.B., et al. Multi-leveled Nanosilicate Implants Can Facilitate Near-Perfect Bone Healing // ACS Appl Mater Interfaces. 2023. Vol. 15, № 17. P. 21476–21495. doi: 10.1021/acsami.3c01717
  36. Полонянкин Д.А., Блесман А.И., Постников Д.В., Теплоухов А.А. Теоретические основы растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа наноматериалов: учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2019. С. 5–10.
  37. Чуйко А.Н., Копытов А.А. Компьютерная томография и основные механические характеристики костных тканей // Медицинская визуализация. 2012. № 1. С. 102–107. EDN: OYWKSL
  38. Misch C.E. Density of bone: Effect on treatment planning, surgical approach, and healing. In: Contemporary Implant Dentistry. St. Louis, MI, USA, 1993. P. 469–485.
  39. Яблоков А.Е. Оценка оптической плотности костной ткани при дентальной имплантации // Российская стоматология. 2019. Т. 12, № 3. С. 8–13. doi: 10.17116/rosstomat2019120318
  40. Baek Y.W., Lim Y.J., Kim B. Comparison of Implant Surgery Methods of Cortical Tapping and Cortical Widening in Bone of Various Density: A Three-Dimensional Finite Element Study // Materials (Basel). 2023. Vol. 16, № 8. P. 3261. doi: 10.3390/ma16083261

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Мультиспиральная компьютерная томография зоны метафизарного дефекта: a — зона компрессионного дефекта дистального метафиза бедренной кости лабораторного животного в группе 1 (МСКТ-скан), b — зона компрессионного дефекта дистального метафиза бедренной кости лабораторного животного в группе 3 (МСКТ-скан).

Скачать (138KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Показатели плотности новообразованной костной ткани в зоне имплантации материала: a — в группе 1, b — в группе 2, c — в группе 3, d — в группе 4.

Скачать (295KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Диаграмма показателей средней плотности новообразованной костной ткани в группах в течение всего срока наблюдения.

Скачать (140KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микрофотография поверхности образца кости лабораторного животного с имплантацией гранул состава гидроксиапатита/волластонита 60/40 масс.% на 30-е сутки (а, b), карты распределения кальция (c), фосфора (d) и кремния (e) по данному участку.

Скачать (835KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».