Pre-treatment of granular osteoplastic material for improving the reparative regeneration of jaw bone defects

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim – to develop a method for preliminary preparation of a granular osteoplastic material (GOM) for improving the quality of reparative osteogenesis of jaw bone defects that can be used in clinical setting.

Material and methods. The in vitro study was performed using 9 samples (3 samples in each study group). Group 1 included intact samples of grafting material Cerabone (Botiss biomaterials GmbH, Germany). In group 2, the samples of Cerabone (Botiss biomaterials GmbH, Germany) were subject to degassing and dust extraction in two stages using the original method developed by the author. In group 3, a culture of mesenchymal-stromal cells (MSC) obtained from the human umbilical cord was used as a control. The developed method was assessed for cytotoxicity using human MSC. The proliferative index and cell doubling time were registered. A topographic analysis of the sample surface was performed using scanning electron microscopy. To assess the rate of degassing, the experiment included three replicates. The fluid volume was recorded every 2.5 minute. For statistical data processing, we used SPSS 25.0 software (IBM Corporation, Armonk, New York, USA).

Results. In Group 2, that included the samples of GOM fractions with the preliminary degassing and dust extraction, we revealed a decreased content of coarse and fine fraction dust on the outer and inner surfaces of the pores and mouths of interpore channels and voids in all samples. The granular osteoplastic material prepared for the use by the method of degassing and dust extraction proved to have no toxic effect on the growth and viability of human mesenchymal-stromal cells.

Conclusion. A preliminary preparation of GOM by the method of degassing and dust extraction developed by the author in clinical conditions ex tempore significantly optimizes the adsorption and drainage properties of the GOM fraction.

About the authors

D. V. Malchikova

Samara State Medical University

Author for correspondence.
Email: dvmalchikova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9077-2888

a postgraduate student of the Department of Maxillofacial Surgery and Dentistry

Russian Federation, Samara

References

  1. Miron R, Hedbom E, Saulacic N, et al. Osteogenic potential of autogenous bone grafts harvested with four different surgical techniques. J Dent Res. 2011;90:1428-33. doi: 10.1177/0022034511422718
  2. Shalash M, Rahman H, Azim A, et al. Evaluation of horizontal ridge augmentation using beta tricalcium phosphate and demineralized bone matrix: a comparative study. J Clin Exp Dent. 2013;5(5):e253-9. doi: 10.4317/jced.51244
  3. Grabowski G, Cornett C. Bone graft and bone graft substitutes in spine surgery: current concepts and controversies. J Am Acad Orthop Surg. 2013;21:51-60. doi: 10.5435/JAAOS-21-01-51
  4. Nkenke E, Stelzle F. Clinical outcomes of sinus floor augmentation for implant placement using autogenous bone or bone substitutes: a systematic review. Clin Oral Implants Res. 2009;20:124-33. doi: 10.1111/j.1600-0501.2009.01776.x
  5. Tsiourvas D, Sapalidis A, Papadopoulos T. Hydroxyapatite/chitosan-based porous three-dimensional scaffolds with complex geometries. Mater Today Commun. 2016;7:59-66. doi: 10.3390/molecules25204785
  6. Wang R, Lang N. Ridge preservation after tooth extraction. Clin Oral Implants Res. 2012;23:147-56. doi: 10.1111/j.1600-0501.2012.02560.x
  7. Bing W, Chengmin F, Yiming L, et al. Recent advances in biofunctional guided bone regeneration materials for repairing defective alveolar and maxillofacial bone: A review. Japanese Dental Science Review. 2022;58:233-248. doi: 10.1016/j.jdsr.2022.07.002
  8. Lee S, Choi B, Li J, et al. Comparison of corticocancellous block and particulate bone grafts in maxillary sinus floor augmentation for bone healing around dental implants. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2007;104(3):324-8. doi: 10.1016/j.tripleo.2006.12.020
  9. Mohd A, Buenzli P. Modeling the Effect of Curvature on the Collective Behavior of Cells Growing New Tissue. Biophysical Journal. 2017;112:193-204. doi: 10.1016/j.bpj.2016.11.3203
  10. Mour М, Das D, Winkleret T, et al. Advances in Porous Biomaterials for Dental and Orthopaedic Applications. Materials. 2010;3:2947-2974. doi: 10.3390/ma3052947
  11. Hegarty-Cremer S, Simpson M, Andersen T, et al. Modelling cell guidance and curvature control in evolving biological tissues. J Theor Biol. 2021;520:110658. doi: 10.1016/j.jtbi.2021.110658
  12. Slesarev OV, Bairicov IM, Malchikova DV, et al. Method for degassing granular osteoconductive osteoplastic material. Patent RUS №2758570 C1/29.10.2021. (In Russ.). [Слесарев О.В., Байриков И.М., Мальчикова Д.В., и др. Способ дегазации гранулированного остеокондуктивного костнопластического материала. Патент РФ на изобретение №2758570 C1/ 29.10.2021]. Available at: https://patenton.ru/patent/RU2758570C1
  13. Shetty B, Dinesh A, Seshan H. Comparitive effects of tetracyclines and citric acid on dentin root surface of periodontally involved human teeth: A scanning electron microscope study. J Indian Soc Periodontol. 2008;12(1):8-15. doi: 10.4103/0972-124X.44090
  14. Klein M, Kämmerer P, Götz H, et al. Long-term bony integration and resorption kinetics of a xenogeneic bone substitute after sinus floor augmentation: histomorphometric analyses of human biopsy specimens. Int J Periodontics Restorative Dent. 2013;33:101-110. doi: 10.11607/prd.1469
  15. Dau M, Kämmerer P, Henkel K, et al. Bone formation in mono cortical mandibular critical size defects after augmentation with two synthetic nanostructured and one xenogenous hydroxyapatite bone substitute - in vivo animal study. Clin Oral Implants Res. 2016;27:597-603. doi: 10.1111/clr.12628
  16. Yamada M, Egusa H. Current bone substitutes for implant dentistry. J Prosthodont Res. 2018;62:152-161. doi: 10.1016/j.jpor.2017.08.010
  17. Kusrini E, Sontang M. Characterization of x-ray diffraction and electron spin resonance: effects of sintering time and temperature on bovine hydroxyapatite. Radiat Phys Chem. 2012;81:118-125. doi: 10.1016/j.radphyschem.2011.10.006
  18. Riachi F, Naaman N, Tabarani C, et al. Influence of material properties on rate of resorption of two bone graft materials after sinus lift using radiographic assessment. Int J Dentis. 2012:737262. doi: 10.1155/2012/737262
  19. Kyyak S, Blatt S, Schiegnitz E, et al. Activation of human osteoblasts via different bovine bone substitute materials with and without injectable platelet rich fibrin in vitro. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:71. doi: 10.3389/fbioe.2021.599224
  20. Rajkovski B, Jaunich M, Beuer F, et al. Hydrophilicity, Viscoelastic, and Physicochemical Properties Variations in Dental Bone Grafting Substitutes. Materials. 2018;11:215. doi: 10.3390/ma11020215
  21. Bertazzo S, Zambuzzi W, Campos D, et al. Hydroxyapatite surface solubility and effect on cell adhesion. Colloids Surf B Biointerfaces. 2010;78(2):177-84. doi: 10.1016/j.colsurfb.2010.02.027
  22. Cyster L, Grant D, Howdle S, et al. The influence of dispersant concentration on the pore morphology of hydroxyapatite ceramics for bone tissue engineering. Biomaterials. 2005;26(7):697-702. doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.03.017
  23. Zambuzzi W, Oliveira R, Pereira F, et al. Rat subcutaneous tissue response to macrogranular porous anorganic bovine bone graft. Braz Dent J. 2006;17(4):274-8. doi: 10.1590/s0103-64402006000400002
  24. Salerno A, Guarnieri D, Iannone M, et al. Effect of micro- and macroporosity of bone tissue three-dimensional-poly(epsilon-caprolactone) scaffold on human mesenchymal stem cells invasion, proliferation, and differentiation in vitro. Tissue Eng Part A. 2010;16(8):2661-73. doi: 10.1089/ten.tea.2009.0494
  25. Turco G, Porrelli D, Marsich E, et al. Three-Dimensional Bone Substitutes for Oral and Maxillofacial Surgery: Biological and Structural Characterization. J Funct Biomater. 2018;9(4). doi: 10.3390/jfb9040062
  26. Tian T, Zhang T, Lin Y, et al. Cai. Vascularization in Craniofacial Bone Tissue Engineering. Journal of Dental Research. 2018;97(9): 969-976. doi: 10.1177/0022034518767120
  27. Helder M, Bravenboer N, BruGOMenkate C, et al. Bone Tissue Regeneration in the Oral and Maxillofacial Region: A Review on the Application of Stem Cells and New Strategies to Improve Vascularization. Hindawi. Stem Cells International. 2019;6279721:15. doi: 10.1155/2019/6279721
  28. Fernandez G, Keller L, Idoux-Gillet Y, et al. Bone substitutes: a review of their characteristics, clinical use, and perspectives for large bone defects management. Journal of Tissue Engineering. 2018;9:18. doi: 10.1177/2041731418776819
  29. Hu Y, Jiang R, Li X, et al. Effect of Ultrasonic-Assisted Casting on the Hydrogen and Lithium Content of Al-Li Alloy. Materials. 2022;15(3):1081. doi: 10.3390/ma15031081

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. GOM Cerabone at the stage of passive degassing and dust extraction

Download (845KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Stage of passive degassing and extraction of GOM dust

Download (729KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. SEM micrographs, Cerabone

Download (967KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. a – GOM Cerabone without preparation according to the protocol of degassing and dust extraction, group 1; b – the GOM Cerabone, prepared according to the protocol of degassing and dust extraction, group 2; c – control – group 3. 1 – Cerabone, 2 – cultured human MSC

Download (1MB)
Indexing metadata
6. Figure 5. SEM of MSC placed on GOM in vitro on a culture medium. A. Attachment, migration and proliferation of cells on the surface of the GOM, x2000; B. MSC 8 days after placement on the GOM, x8000

Download (129KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Malchikova D.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 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».