• Русский
  • English
Цитировать.

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОСТЕОИНТЕГРАЦИИ В ЗОНЕ ПЛАСТИКИ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ТИТАНОВЫМИ ИМПЛАНТАМИ С АЛМАЗОПОДОБНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ INVITROИINVIVO

Свободный доступ
Тип статьи — Научная статья
Type — Memoir
Диапазон страниц в журнале №2 (15) за 2017 год18-20
№2 (15) 2017 pages — 18-20

Авторы

Authors

Аннотация

Summary

Актуальность. В настоящее время  известны различные виды покрытий титана, среди которых особый интерес представляет модифицированный или алмазоподобный углерод, более известный в английской аббревиатуре DLC(diamond-likecarbon) (GrillA., MeyersonB.S.,1994; GrillA., 2003). Указанный тип покрытия обладает противовоспалительными свойствами, приближается по своей прочности к натуральному алмазу, а также препятствует развитию «металлоза» (KazbanovV.V. etal., 2015).

Цель работы: провести сравнительный анализ процессов остеоинтеграции в костной ткани у кроликов после фиксации в бедренной кости титанового имплантата с алмазоподобным покрытием, а также изучить влияние покрытий имплантатов на выживаемость мезенхимальных стволовых клеток в условиях in vitro.

Материалы и методы. Эксперименты проведены на 30 кроликах породы Шиншилла массой 2.5-3 кг. Для опыта использовались животные, содержавшиеся в условиях вивария ФГБУ «СПбНИИФ» Минздрава РФ. Уход и содержание экспериментальных животных были стандартными в соответствии с требованиями приказов № 1045-73 от 06.04.1973, а также № 1179 МЗ СССР от 10.10.1983, №267 МЗ РФ от 19.06.2003, «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных», «Правилами по обращению, содержанию, обезболиванию и умерщвлению экспериментальных животных», утвержденных МЗ СССР (1977) и МЗ РСФСР (1977), принципами Европейской конвенции (Страсбург, 1986) и Хельсинской декларации всемирной медицинской ассоциации о гуманном обращении с животными (1996 гг.).

В дистальный метаэпифиз бедренной кости наркотизированному кролику вводили титановый шуруп по стандартам ГОСТ ISO 10993-6-2011 (производства НП ООО «МедБиоТех», Беларусь). В первой группе (I) кроликов (n=15) поверхность титановых шурупов содержала алмазоподобное покрытие. Во второй группе (II) кроликов (n=15) титановые шурупы были без алмазоподобного покрытия.

Каждому животному было выполнено рентгенографическое исследование через 1 неделю после имплантации и в день вывода из эксперимента с целью контроля состояния костной ткани, окружающей имплантат. Все животные были выведены из эксперимента через 4, 12 и 24 недели. Структурные особенности костной ткани изучали после окраски гематоксилин-эозином. Переводили аналоговое изображение в цифровое с увеличением объектива x40. Фотографированию подвергали участок, соответствующий границе кость-имплантат. Титановые шурупы с покрытием и без него, извлеченные через 3 месяца после имплантации, исследовали в режиме сканирующей электронной микроскопии. Объекты изучались при увеличениях от 300 до 15000 раз. Исследования in vitro выполнены на первичной культуре мезенхимальных стволовых клеток, полученных из жировой ткани самок крыс линии Vistar. В центр чашки Петри с питательной средой помещали имплантат и делали аппликацию 2,5 мл культуры. Инкубировали в СО2-инкубаторе в течение 24 часов. Визуализацию и фотографирование осуществляли с помощью инвертированного микроскопа и цифровой камеры.

Результаты.У всех животных после имплантации не выявлено признаков инфицирования хирургической раны. При гистологическом исследовании в I группе (имплантаты с алмазоподобным покрытием) визуализируется костная ткань материнского ложа, фиброзная ткань, вновь образующаяся костная ткань - ткань из молодых костных трабекул с расположенными на их поверхности остеобластами (скопления в лакунах темных базофильных клеток), межтрабекулярные пространства характеризуются высокой клеточностью, васкуляризацией (хорошо видна молодая костная ткань - тонкие трабекулы среди фиброзной ткани). Во II группе после фиксации титановых имплантатов без покрытий через 12 и 24 недели выявлены признаки локального воспаления, неравномерность окраски  матрикса и базофилия.

Результаты электронной микроскопии поверхности имплантатов демонстрируют наличие элементов фиброинтеграции на большей части поверхности в случае исследования титановых шурупов без покрытия. Что касается сканирования поверхности шурупов с DLC, то на микрофотографиях можно заметить значительное различие, выражающееся в минимальной площади соединительно-тканных элементов.

Результаты исследования влияния имплантатов на выживаемость культуры мезенхимальных стволовых клеток получены после 24 часов инкубирования. В присутствии титана наблюдалась гибель культуры клеток. В присутствии алмазоподобного углерода, даже на уровне прямого контакта с поверхностью, гибель стволовых клеток не наблюдалась.

Выводы:

1.Исследование выживаемости мезенхимальных стволовых клеток in vitro показало, что алмазоподобное покрытие не обладает цитотоксичностью, способствуя дифференцировке стволовых клеток, находящихся в контакте с поверхностью имплантата.

2. Покрытие титановых имплантатов с DLC способствует нивелированию местного воспалительного процесса на границе кость-имплантат, что является условием для успешной остеоинтеграции импланта.

3. Покрытие DLC не только минимизирует воспалительный процесс на границе кость-имплантат, но и препятствует развитию фиброинтеграции и формированию биопленки и, как следствие, предотвращает развитие хронического очага инфекции.

Актуальность. В настоящее время  известны различные виды покрытий титана, среди которых особый интерес представляет модифицированный или алмазоподобный углерод, более известный в английской аббревиатуре DLC(diamond-likecarbon) (GrillA., MeyersonB.S.,1994; GrillA., 2003). Указанный тип покрытия обладает противовоспалительными свойствами, приближается по своей прочности к натуральному алмазу, а также препятствует развитию «металлоза» (KazbanovV.V. etal., 2015).

Цель работы: провести сравнительный анализ процессов остеоинтеграции в костной ткани у кроликов после фиксации в бедренной кости титанового имплантата с алмазоподобным покрытием, а также изучить влияние покрытий имплантатов на выживаемость мезенхимальных стволовых клеток в условиях in vitro.

Материалы и методы. Эксперименты проведены на 30 кроликах породы Шиншилла массой 2.5-3 кг. Для опыта использовались животные, содержавшиеся в условиях вивария ФГБУ «СПбНИИФ» Минздрава РФ. Уход и содержание экспериментальных животных были стандартными в соответствии с требованиями приказов № 1045-73 от 06.04.1973, а также № 1179 МЗ СССР от 10.10.1983, №267 МЗ РФ от 19.06.2003, «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных», «Правилами по обращению, содержанию, обезболиванию и умерщвлению экспериментальных животных», утвержденных МЗ СССР (1977) и МЗ РСФСР (1977), принципами Европейской конвенции (Страсбург, 1986) и Хельсинской декларации всемирной медицинской ассоциации о гуманном обращении с животными (1996 гг.).

В дистальный метаэпифиз бедренной кости наркотизированному кролику вводили титановый шуруп по стандартам ГОСТ ISO 10993-6-2011 (производства НП ООО «МедБиоТех», Беларусь). В первой группе (I) кроликов (n=15) поверхность титановых шурупов содержала алмазоподобное покрытие. Во второй группе (II) кроликов (n=15) титановые шурупы были без алмазоподобного покрытия.

Каждому животному было выполнено рентгенографическое исследование через 1 неделю после имплантации и в день вывода из эксперимента с целью контроля состояния костной ткани, окружающей имплантат. Все животные были выведены из эксперимента через 4, 12 и 24 недели. Структурные особенности костной ткани изучали после окраски гематоксилин-эозином. Переводили аналоговое изображение в цифровое с увеличением объектива x40. Фотографированию подвергали участок, соответствующий границе кость-имплантат. Титановые шурупы с покрытием и без него, извлеченные через 3 месяца после имплантации, исследовали в режиме сканирующей электронной микроскопии. Объекты изучались при увеличениях от 300 до 15000 раз. Исследования in vitro выполнены на первичной культуре мезенхимальных стволовых клеток, полученных из жировой ткани самок крыс линии Vistar. В центр чашки Петри с питательной средой помещали имплантат и делали аппликацию 2,5 мл культуры. Инкубировали в СО2-инкубаторе в течение 24 часов. Визуализацию и фотографирование осуществляли с помощью инвертированного микроскопа и цифровой камеры.

Результаты.У всех животных после имплантации не выявлено признаков инфицирования хирургической раны. При гистологическом исследовании в I группе (имплантаты с алмазоподобным покрытием) визуализируется костная ткань материнского ложа, фиброзная ткань, вновь образующаяся костная ткань - ткань из молодых костных трабекул с расположенными на их поверхности остеобластами (скопления в лакунах темных базофильных клеток), межтрабекулярные пространства характеризуются высокой клеточностью, васкуляризацией (хорошо видна молодая костная ткань - тонкие трабекулы среди фиброзной ткани). Во II группе после фиксации титановых имплантатов без покрытий через 12 и 24 недели выявлены признаки локального воспаления, неравномерность окраски  матрикса и базофилия.

Результаты электронной микроскопии поверхности имплантатов демонстрируют наличие элементов фиброинтеграции на большей части поверхности в случае исследования титановых шурупов без покрытия. Что касается сканирования поверхности шурупов с DLC, то на микрофотографиях можно заметить значительное различие, выражающееся в минимальной площади соединительно-тканных элементов.

Результаты исследования влияния имплантатов на выживаемость культуры мезенхимальных стволовых клеток получены после 24 часов инкубирования. В присутствии титана наблюдалась гибель культуры клеток. В присутствии алмазоподобного углерода, даже на уровне прямого контакта с поверхностью, гибель стволовых клеток не наблюдалась.

Выводы:

1.Исследование выживаемости мезенхимальных стволовых клеток in vitro показало, что алмазоподобное покрытие не обладает цитотоксичностью, способствуя дифференцировке стволовых клеток, находящихся в контакте с поверхностью имплантата.

2. Покрытие титановых имплантатов с DLC способствует нивелированию местного воспалительного процесса на границе кость-имплантат, что является условием для успешной остеоинтеграции импланта.

3. Покрытие DLC не только минимизирует воспалительный процесс на границе кость-имплантат, но и препятствует развитию фиброинтеграции и формированию биопленки и, как следствие, предотвращает развитие хронического очага инфекции.

Ключевые слова

Keywords

Сведения об авторах

Authors

Виноградова Т И — г. Санкт-Петербург, ФГБУ «СПбНИИ фтизиопульмонологии» Минздрава России.
Vinogradova T I — г. Санкт-Петербург, ФГБУ «СПбНИИ фтизиопульмонологии» Минздрава России.
Витовская М Л — ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия.
Витовская М Л — ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия.
Вишневский А А — ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия.
Вишневский А А — ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия.
Заболотных Н В — ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия.
Заболотных Н В — ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия.
Казбанов Владимир Владимирович — ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия.
Казбанов Владимир Владимирович — ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия.
Автор является ответственным за переписку
Кульчицкий В А — Институт физиологии НАН, Минск, Беларусь.
Кульчицкий В А — Институт физиологии НАН, Минск, Беларусь.
Чекан Н М — Физико-технический институт НАН, Минск, Беларусь.
Чекан Н М — Физико-технический институт НАН, Минск, Беларусь.