Иван Михайлович Щербаков — кандидат медицинских наук, ассистент кафедры
Москва
Ivan M. Shcherbakov — Candidate of Medical Sciences, Assistant Professor
Moscow
Павел Владимирович Евдокимов — кандидат химических наук, старший научный сотрудник, ассистент кафедры
Москва
Pavel V. Evdokimov — Candidate of Chemical Sciences, Senior Researcher, Assistant Professor
Moscow
Дмитрий Сергеевич Ларионов — младший научный сотрудник
Москва
Dmitriy S. Larionov — Junior Researcher
Moscow
Валерий Иванович Путляев — кандидат химических наук, доцент кафедры
Москва
Valeriy I. Putlayev — Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor
Moscow
Георгий Александрович Шипунов — аспирант кафедры
Москва
Georgiy A. Shipunov — postgraduate student
Moscow
Наталья Владимировна Данилова — кандидат медицинских наук, ассистент кафедры, старший научный сотрудник
Москва
Nataliya V. Danilova — Candidate of Medical Sciences, Assistant of the Department, Senior Researcher
Moscow
Анастасия Юрьевна Ефименко — кандидат медицинских наук, заведующая лабораторией
Москва
Anastasiya Yu. Efimenko — Candidate of Medical Sciences, Head of the Laboratory
Moscow
Екатерина Сергеевна Новоселецкая — лаборант-исследователь
Москва
Ekaterina S. Novoseletskaya — laboratory assistant-researcher
Moscow
Вадим Эрикович Дубров — доктор медицинских наук, заведующий кафедрой
Москва
Vadim E. Dubrov — Doctor of Medical Sciences, Head of the Department
Moscow
Введение. В современной травматологии и ортопедии остро стоит проблема замещения дефектов костной ткани. Достижения современного материаловедения позволяют создавать широкий спектр костнозамещающих материалов, однако выбор наиболее эффективных из них является актуальной задачей биомедицинских исследований.
Цель работы — определение влияния трехмерной структуры и размера пор костнозамещающих материалов на основе трикальциевого фосфата на их остеокондуктивные свойства на модели критического диафизарного дефекта бедренной кости крысы.
Материалы и методы. В эксперименте под наркозом воспроизводили монокортикальный дефект средней трети диафиза бедренной кости крыс на протяжении 7 мм, который заполняли блоками одного из четырех материалов на основе трикальциевого фосфата, различающихся количеством, размером и направлением пор. В каждую из групп включено по 16 животных. Через 3 и 6 мес. по 8 крыс из каждой группы выводили из эксперимента, после чего при гистологическом исследовании проводили оценку площади новообразованной костной ткани с последующим сравнением результатов между группами с использованием статистических методов.
Результаты. Во всех группах отмечено прорастание костной ткани в зону дефекта по порам материала. Через 3 и 6 мес. площадь новообразованной костной ткани в соотношении к площади дефекта составила: в группе Цилиндры — (11 ± 4) % и (31 ± 6) % соответственно; в группе Гироид — (14 ± 5) % и (29 ± 4) %; в группе Гироид-150 мкм — (39 ± 5) % и (41 ± 7) %; в группе Гироид-50 мкм — (17 ± 7) % и (27 ± 8 %. Площадь новообразованной костной ткани в группе Гироид-150 мкм статистически значимо больше по сравнению с остальными группами (p < 0,05, критерий Kruskal – Wallis).
Обсуждение. Оценка влияния типа архитектуры блока костнозамещающего материала, размера пор и их взаимоотношений в настоящее время является темой многих исследований, в которых показано, что наличие пор большого диаметра (более 600 мкм) улучшает остеокондуктивные свойства, однако верхний предел пористости ограничен снижением механических свойств блока. Подтверждается превосходство структуры Гироид над другими типами архитектур, как в теоретических, так и в прикладных исследованиях. Однако изучению структур с порами различного размера посвящено мало работ, в связи с чем результаты нашего исследования позволяют ответить на вопрос о целесообразности применения таких сложных структур и их роли в замещении костной ткани.
Заключение. Трехмерная структура костнозамещающих материалов на основе трикальциевого фосфата оказывает влияние на остеокондуктивные свойства, при этом добавление к структуре Гироид дополнительной моды пор диаметром 150 мкм приводит к статистически значимо большему врастанию костной ткани в образец материала в эксперименте.
Introduction Replacement of bone defects is an important issue of modern traumatology and orthopedics. With increasing technological advances there is a spectrum of bone-substituting materials, and the choice of the effective option is essential for biomedical research.
The objective was to determine the effect of the three-dimensional structure and pore size of tricalcium phosphate based bone substitute materials on osteoconduction using a critical diaphyseal defect of the rat femur.
Material and methods A monocortical 7 mm defect was simulated in the middle third of the rodent femoral shaft under anaesthesia and filled with blocks of one of four tricalcium phosphate based materials differing in the number, size and direction of pores. Eight rats from each group were sacrificed at 3 and 6 months, and the newly formed bone was histologically examined and the results compared using statistical methods.
Results The bone tissue was shown to grow into the defect area through the pores of the material in all the groups at 3 and 6 months, The newly formed bone measured (11 ± 4) % and (31 ± 6) % of the defect area in the Cylinders group, (14 ± 5) % and (29 ± 4) % in the Gyroid group; (39 ± 5) % and (41 ± 7) % in the Gyroid-150 μm group and (17 ± 7) % and (27 ± 8) % in the Gyroid-50 μm group, respectively. The area of newly formed bone was statistically greater in the Gyroid-150 µm group compared to that in the other groups (p < 0.05, Kruskal – Wallis test).
Discussion The effect of the type of architecture of the bone substitute material, the pore size and their relationships are reported in many studies with larger diameter pores (more than 600 μm) improving osteoconduction, and the upper limit of porosity being limited by a decrease in the mechanical properties of the block. The advantages of the Gyroid structure over other types of architectures are described in theoretical and applied research. Structures with pores of different sizes were examined in few studies, and our findings demonstrated the feasibility of using the complex structures and the role in replacing bone tissue.
Conclusion The three-dimensional structure of bone substitute materials based on tricalcium phosphate was shown to have an effect on osteoconductive properties, with an additional pore mode with a diameter of 150 μm added to the Gyroid structure leading to significantly greater experimental bone tissue ingrowth in the sample.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.