Елена Александровна Волокитина — доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой
Екатеринбург
Elena A. Volokitina — Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department
Ekaterinburg
Максим Владимирович Саушкин — ассистент кафедры
Екатеринбург
Maksim V. Saushkin — assistant
Ekaterinburg
Ирина Петровна Антропова — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник
Екатеринбург
Irina P. Antropova — Doctor of Biological Sciences, Leading Researcher
Ekaterinburg
Сергей Михайлович Кутепов — член-корр. РАН, доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник
Екатеринбург
Sergey M. Kutepov — Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Medical Sciences, Professor, Chief Researcher
Ekaterinburg
Светлана Александровна Бриллиант — кандидат биологических наук, научный сотрудник
Екатеринбург
Svetlana A. Brilliant — Candidate of Biological Sciences, Researcher
Ekaterinburg
Введение. Разработка новых керамических материалов, обладающих высокими остеоинтегративными характеристиками, и экспериментальное обоснование их применения является актуальной проблемой для современной травматологии.Цель работы — определение остеоинтегративных характеристик и биологической совместимости имплантатов из новой циркониевой керамики при восполнении диафизарных дефектов костной ткани в эксперименте.Материалы и методы. Исследование выполнено на 18 самцах кроликов породы Шиншилла. Животным моделировали диафизарный дефект с интрамедуллярной имплантацией стержня из нового керамического пористого (ПК), непористого (НПК) материала и титанового сплава (ТС). В зависимости от вида стержня животные были разделены на три группы (по шесть в каждой). Гематологические показатели животных определяли за сутки до операции, и через восемь недель после операции перед выведением животных из эксперимента. Рентгенографию задних конечностей, забор тканей для гистологического и морфометрического исследования выполняли после выведения животных из эксперимента. Статистическую обработку данных проводили с использованием программы Statistica 10. Для сравнения исследуемых групп использовали критерий Краскела – Уоллиса с последующим межгрупповым анализом. Для оценки изменений в динамике в отдельных группах использовали критерий Вилкоксона. Результаты представлены как медиана и интерквартильный размах.Результаты. Через восемь недель после операции уровень лейкоцитов, моноцитов и гранулоцитов был существенно ниже в группе ПК по сравнению с группами НПК и ТС (p = 0,025; p = 0,022; p = 0,005 соответственно). Толщина костной трабекулы в области имплантации в группе ПК была существенно выше по сравнению с группами ТС и НПК (86,2 [55,8; 109,9], 56,0 [47,2; 75,9] и 33,1 [19,0; 84,5] соответственно, в обоих случаях p < 0,001).Обсуждение. Нами изучена биологическая совместимость и остеоинтегративные характеристики имплантатов из нового керамического материала в двух вариантах, — непористый и пористый (с размером пор 10–50 мкм), проведено сравнение с имплантами из титанового сплава. Ранее доказано, что легированные керамические материалы привлекательны для регенерации тканей благодаря функциональным свойствам, биологической активности и терапевтическим эффектам, обеспечиваемым вводимыми ионами. Результаты наших гистологических и морфометрических исследований подтвердили лучшую биологическую совместимость и остеоинтеграцию имплантатов из пористой циркониевой керамики (ПК), содержащей ионы иттрия, иттербия, гадолиния, в сравнении с имплантатами из НПК и ТС.Заключение. Установлена биологическая совместимость нового керамического материала при восполнении диафизарных дефектов костной ткани в эксперименте с животными. Имплантаты с размерами пор 10–50 мкм обладают хорошими остеоинтегративными характеристиками, что определяет возможность и необходимость проведения клинических испытаний.
Introduction The development of new ceramic materials with high osteointegrative characteristics and experimental substantiation of their application is an important issue in traumatology. The purpose of the work was to study the biological compatibility and osteointegrative characteristics of implants made of zirconium ceramics stabilized with yttrium, ytterbium and gadolinium for filling diaphyseal bone defects in an experiment.Material and methods The study was performed on 18 male Chinchilla rabbits. Diaphyseal defects with intramedullary implantation of a rod made of a new ceramic porous (PC), non-porous (NPC) material and titanium alloy (TA) were modelled. The animals were divided into 3 groups based on the rod used: PC, NPC and TA (n = 6 in each). Hematological parameters were studied one day before and 8 weeks after the operation. Withdrawal of animals from the experiment, X-ray control and tissue sampling with subsequent histological and morphometric examination were performed at 8 weeks after the operation. Statistical data processing was performed using the Statistica 10 software. The Kruskal – Wallis test with subsequent intergroup analysis was used to compare the study groups. The Wilcoxon criterion was used to assess changes in dynamics in individual groups. The results are presented as median and interquartile range.Results Eight weeks after the surgery, in the PC group compared to the NPC and TA groups the levels of leukocytes, monocytes and granulocytes were significantly lower (p = 0.025; p = 0.022; p = 0.005, respectively); no significant differences were found in other hematological parameters. The results of histomorphological studies showed that better integration of implants was observed when using PC rods compared to TA and NPC implants. The thickness of the bone trabecula in the implantation area wassignificantly higher in the PC group compared to the TA and NPC groups (86.2 [55.8; 109.9], 56.0 [47.2; 75.9] and 33.1 [19.0; 84.5], respectively, in both cases p < 0.001).Discussion We studied the biocompatibility and osteointegrative properties of implants made of a new ceramic material in two versions, nonporous and porous (pore size of 10–50 μm), and compared them with titanium alloy implants. It was previously proven that alloyed ceramic materials are attractive for tissue regeneration due to their functional properties, biological activity, and therapeutic effects provided by the introduced ions. The results of our histological and morphometric studies confirmed the better biocompatibility and osteointegration of implants made of porous zirconium ceramics (PC) containing yttrium, ytterbium, and gadolinium ions, compared to implants made of NPC and TA.Conclusion A new zirconium-based ceramic demonstrates biological compatibility. Implants with pore sizes of 10–50 μm have good osteointegrative characteristics which determine their possible use in the treatment of bone defects.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.