Влияние цинксодержащего кальций-фосфатного покрытия на остеоинтеграцию чрескожных имплантатов для протезирования конечностей
М. В. Стогов,
А. А. Еманов,
В. П. Кузнецов,
Е. Г. Комарова,
Е. Н. Горбач,
Е. А. Киреева,
Т. В. Толкачева,
Ю. П. Шаркеев https://doi.org/10.18019/1028-4427-2024-30-5-677-686
EDN: PEBVEG
Аннотация
Введение. Повышение интеграции чрескожных имплантатов является важной задачей для их применения в клинической практике.
Цель работы — оценка остеоинтеграции титановых чрескожных имплантатов с кальций-фосфатным покрытием, содержащим ионы цинка.
Материалы и методы. Исследования выполнены на 12 кроликах-самцах, которым имплантировали оригинальный имплантат в культю большеберцовой кости. После имплантации на кость устанавливали компрессионное устройство, поддерживавшее нагрузку 3,5Н в течение 5 нед. Длительность наблюдения — 26 недель. Животные разбиты на две группы: группа контроля (n = 6) — имплантировано изделие без покрытия; опытная группа (n = 6) — имплантировано изделие с цинк-замещенным кальций-фосфатным покрытием.
Результаты. Выпадение имплантата отмечали в одном случае у животных группы контроля, в опытной группе случаев выпадения имплантатов не отмечено. Выявлено, что весовая концентрация Са и Р во всех зонах костно-имплантационного блока животных опытной группы достоверно превышала аналогичные показатели контрольной группы. В контрольной группе отмечали длительное сохранение высоких значений уровня С-реактивного белка, чего не наблюдали в основной группе.
Обсуждение. Комплекс исследований показал, что имплантат с цинксодержащим кальций-фосфатным покрытием имеет признаки улучшенной интеграции в отличие от изделия без покрытия. Отсутствие серьезных нежелательных реакций на тестируемые изделия свидетельствует о приемлемой переносимости и безопасности применения.
Заключение. При использовании имплантатов с цинк-модифицированным кальций-фосфатным покрытием обнаружены признаки более эффективной остеоинтеграции по сравнению с изделием без дополнительного покрытия.
При поддержке: Исследование выполнено в рамках государственного задания НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова на осуществление научных исследований и разработок на период 2021–2023 и 2024–2026 годов. Получение покрытий на опытных образцах имплантатов и изучение их характеристик выполнено в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН (проект № FWRW-2021-0007) и при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Программы развития УрФУ в соответствии с программой стратегического академического лидерства «Приоритет–2030».
Об авторах
М. В. Стогов
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова
Россия
Россия
Максим Валерьевич Стогов — доктор биологических наук, доцент, руководитель отдела
Курган
А. А. Еманов
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова
Россия
Россия
Андрей Александрович Еманов — кандидат ветеринарных наук, ведущий научный сотрудник
Курган
В. П. Кузнецов
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия
Россия
Виктор Павлович Кузнецов — доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией, профессор кафедры
Курган
Екатеринбург
Е. Г. Комарова
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Екатерина Геннадьевна Комарова — кандидат технических наук, научный сотрудник
Томск
Е. Н. Горбач
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова
Россия
Россия
Елена Николаевна Горбач — кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
Курган
Е. А. Киреева
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова
Россия
Россия
Елена Анатольевна Киреева — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Курган
Т. В. Толкачева
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Татьяна Викторовна Толкачева — ведущий технолог
Томск
Ю. П. Шаркеев
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Юрий Петрович Шаркеев — доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник
Томск
Список литературы
1. Overmann AL, Forsberg JA. The state of the art of osseointegration for limb prosthesis. Biomed Eng Lett. 2019;10(1):5-16. doi: 10.1007/s13534-019-00133-9
2. Rehani M, Stafinski T, Round J, et al. Bone-anchored prostheses for transfemoral amputation: a systematic review of outcomes, complications, patient experiences, and cost-effectiveness. Front Rehabil Sci. 2024;5:1336042. doi: 10.3389/fresc.2024.1336042
3. Aschoff HH, Örgel M, Sass M, et al. Transcutaneous Osseointegrated Prosthesis Systems (TOPS) for Rehabilitation After Lower Limb Loss: Surgical Pearls. JBJS Essent Surg Tech. 2024;14(1):e23.00010. doi: 10.2106/JBJS.ST.23.00010
4. Zaid MB, OʼDonnell RJ, Potter BK, Forsberg JA. Orthopaedic Osseointegration: State of the Art. J Am Acad Orthop Surg. 2019;27(22):e977-e985. doi: 10.5435/JAAOS-D-19-00016
5. Rennie C, Rodriguez M, Futch KN, Krasney LC. Complications Following Osseointegrated Transfemoral and Transtibial Implants: A Systematic Review. Cureus. 2024;16(3):e57045. doi: 10.7759/cureus.57045
6. Еманов А.А., Горбач Е.Н., Стогов М.В. и др. Выживаемость чрескожных имплантатов в условиях различной механической нагрузки на кость. Гений ортопедии. 2018;24(4):500-506. doi: 10.18019/1028-4427-2018-24-4-500-506.
7. Haque R, Al-Jawazneh S, Hoellwarth J, et al. Osseointegrated reconstruction and rehabilitation of transtibial amputees: the Osseointegration Group of Australia surgical technique and protocol for a prospective cohort study. BMJ Open. 2020;10(10):e038346. doi: 10.1136/bmjopen-2020-038346
8. Liu Y, Rath B, Tingart M, Eschweiler J. Role of implants surface modification in osseointegration: A systematic review. J Biomed Mater Res A. 2020;108(3):470-484. doi: 10.1002/jbm.a.36829
9. Стогов М.В., Еманов А.А., Кузнецов В.П. и др. Сравнительная оценка остеоинтеграции новых чрескожных имплантатов из ультрамелкозернистого сплава Ti Grade 4. Гений ортопедии. 2023;29(5):526-534. doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-5-526-534. EDN: ELJGET.
10. Li TT, Ling L, Lin MC, et al. Recent advances in multifunctional hydroxyapatite coating by electrochemical deposition. J Mater Sci. 2020;55:6352-6374. doi: 10.1007/s10853-020-04467-z
11. Komarova EG, Sharkeev YP, Sedelnikova MB, et al. Zn- or Cu-Containing CaP-Based Coatings Formed by Micro-arc Oxidation on Titanium and Ti-40Nb Alloy: Part I-Microstructure, Composition and Properties. Materials (Basel). 2020;13(18):4116. doi: 10.3390/ma13184116
12. Sedelnikova MB, Komarova EG, Sharkeev YP, et al. Modification of titanium surface via Ag-, Sr- and Si-containing micro-arc calcium phosphate coating. Bioact Mater. 2019;4:224-235. doi: 10.1016/j.bioactmat.2019.07.001
13. Sedelnikova MB, Komarova EG, Sharkeev YP, et al. Zn-, Cu- or Ag-incorporated micro-arc coatings on titanium alloys: Properties and behavior in synthetic biological media. Surf Coat Technol. 2019;369:52-68. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.04.021
14. Кузнецов В.П., Губин А.В., Корюков А.А., Горгоц В.В. Имплант культи трубчатой кости. Патент РФ на полезную модель № 152558. 10.06.2015. Бюл. № 16. Доступно по: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RU PM&DocNumber=152558&TypeFile=html. Ссылка активна на 23.07.2024.
15. Bulina NV, Khvostov MV, Borodulina IA, et al. Substituted hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate as osteogenesis enhancers. Ceram Int. 2024. doi: 10.1016/j.ceramint.2024.06.136
16. Кузнецов В.П., Губин А.В., Горгоц В.В., и др. Устройство для остеоинтеграции имплантата в кость культи нижней конечности. Патент РФ на полезную модель № 185647. 13.12.2018. Бюл. № 35. Доступно по: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=185647&TypeFile=html. Ссылка активна на 23.07.2024.
17. Al Muderis M, Lu W, Tetsworth K, et al. Single-stage osseointegrated reconstruction and rehabilitation of lower limb amputees: the Osseointegration Group of Australia Accelerated Protocol-2 (OGAAP-2) for a prospective cohort study. BMJ Open. 2017;7(3):e013508. doi: 10.1136/bmjopen-2016-013508
18. Evans AR, Tetsworth K, Quinnan S, Wixted JJ. Transcutaneous osseointegration for amputees. OTA Int. 2024;7(2 Suppl):e326. doi: 10.1097/OI9.0000000000000326
19. Hoellwarth JS, Tetsworth K, Rozbruch SR, et al. Osseointegration for Amputees: Current Implants, Techniques, and Future Directions. JBJS Rev. 2020;8(3):e0043. doi: 10.2106/JBJS.RVW.19.00043
20. Shrivas S, Samaur H, Yadav V, Boda SK. Soft and Hard Tissue Integration around Percutaneous Bone-Anchored Titanium Prostheses: Toward Achieving Holistic Biointegration. ACS Biomater Sci Eng. 2024;10(4):1966-1987. doi: 10.1021/acsbiomaterials.3c01555
21. Zastulka A, Clichici S, Tomoaia-Cotisel M, et al. Recent Trends in Hydroxyapatite Supplementation for Osteoregenerative Purposes. Materials (Basel). 2023;16(3):1303. doi: 10.3390/ma16031303
22. Ghanem A, Kellesarian SV, Abduljabbar T, et al. Role of Osteogenic Coatings on Implant Surfaces in Promoting Bone-To-Implant Contact in Experimental Osteoporosis: A Systematic Review and Meta-Analysis. Implant Dent. 2017;26(5):770-777. doi: 10.1097/ID.0000000000000634
23. Lu M, Chen H, Yuan B, et al. Electrochemical Deposition of Nanostructured Hydroxyapatite Coating on Titanium with Enhanced Early Stage Osteogenic Activity and Osseointegration. Int J Nanomedicine. 2020;15:6605-6618. doi: 10.2147/IJN.S268372 24. Sotova C, Yanushevich O, Kriheli N, et al. Dental Implants: Modern Materials and Methods of Their Surface Modification. Materials (Basel). 2023;16(23):7383. doi: 10.3390/ma16237383
24. Kaspiris A, Vasiliadis E, Pantazaka E, et al. Current Progress and Future Perspectives in Contact and Releasing-Type Antimicrobial Coatings of Orthopaedic Implants: A Systematic Review Analysis Emanated from In Vitro and In Vivo Models. Infect Dis Rep. 2024;16(2):298-316. doi: 10.3390/idr16020025
25. Van den Borre CE, Zigterman BGR, Mommaerts MY, Braem A. How surface coatings on titanium implants affect keratinized tissue: A systematic review. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2022;110(7):1713-1723. doi: 10.1002/jbm.b.35025
26. Li K, Xue Y, Yan T, et al. Si substituted hydroxyapatite nanorods on Ti for percutaneous implants. Bioact Mater. 2020;5(1):116-123. doi: 10.1016/j.bioactmat.2020.01.001
27. Wang S, Zhao X, Hsu Y, et al. Surface modification of titanium implants with Mg-containing coatings to promote osseointegration. Acta Biomater. 2023;169:19-44. doi: 10.1016/j.actbio.2023.07.048
28. Corona PS, Vargas Meouchi EA, García Hernández JM, et al. Single-stage transcutaneous osseointegrated prosthesis for above-knee amputations including an antibiotic-loaded hydrogel. Preliminary results of a new surgical protocol. Injury. 2024;55(4):111424. doi: 10.1016/j.injury.2024.111424
29. Wang X, Lei X, Yu Y, et al. Biological sealing and integration of a fibrinogen-modified titanium alloy with soft and hard tissues in a rat model. Biomater Sci. 2021;9(15):5192-5208. doi: 10.1039/d1bm00762a
30. Chen Z, Chen Y, Wang Y, et al. Polyetheretherketone implants with hierarchical porous structure for boosted osseointegration. Biomater Res. 2023;27(1):61. doi: 10.1186/s40824-023-00407-5
31. Chen T, Jinno Y, Atsuta I, et al. Current surface modification strategies to improve the binding efficiency of emerging biomaterial polyetheretherketone (PEEK) with bone and soft tissue: A literature review. J Prosthodont Res. 2023;67(3):337-347. doi: 10.2186/jpr.JPR_D_22_00138
Рецензия
Для цитирования:
Стогов М.В., Еманов А.А., Кузнецов В.П., Комарова Е.Г., Горбач Е.Н., Киреева Е.А., Толкачева Т.В., Шаркеев Ю.П. Влияние цинксодержащего кальций-фосфатного покрытия на остеоинтеграцию чрескожных имплантатов для протезирования конечностей. Гений ортопедии. 2024;30(5):677-686. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2024-30-5-677-686. EDN: PEBVEG
For citation:
Stogov M.V., Emanov A.A., Kuznetsov V.P., Komarova E.G., Gorbach E.N., Kireeva E.A., Tolkacheva T.V., Sharkeev Yu.P. The effect of zinc-containing calcium phosphate coating on the osseointegration of transcutaneous implants for limb prosthetics. Genij Ortopedii. 2024;30(5):677-686. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2024-30-5-677-686. EDN: PEBVEG
Просмотров:
204
Послать статью по эл. почте 