Остеоинтеграция новых чрескожных имплантатов типа Press-fit с цинк-содержащим кальций-фосфатным покрытием в культю конечности в эксперименте
А. А. Еманов,
В. П. Кузнецов,
М. В. Стогов,
Е. Н. Горбач,
Н. В. Тушина,
Е. Г. Комарова,
Т. В. Толкачева,
Ю. П. Шаркеев https://doi.org/10.18019/1028-4427-2026-32-4-529-539
Аннотация
Введение. Применение транскутанных имплантатов для крепления протезов конечности является интенсивно развивающейся современной технологией восстановления функций утраченных конечностей, особенно актуальной при протезировании костей нижней конечности. Основной проблемой развития данной технологии является необходимость существенного повышения характеристик приживаемости имплантата, которые зависят от его дизайна и наличия биопокрытий.
Цель работы — экспериментальная оценка приживаемости оригинальных чрескожных имплантатов типа Press-Fit без покрытия поверхности остеоинтегрируемой части и с нанесенным цинксодержащим кальций-фосфатным покрытием при одноэтапной остеоинтеграции.
Материалы и методы. Исследование выполнено на 10 беспородных самцах собак возрастом от 1,5 до двух лет, масса — (19,2 ± 1,3) кг. Животным группы 1 (n = 5) имплантировано изделие без покрытия, животным группы 2 (n = 5) — с цинк-содержащим кальций-фосфатным покрытием. Оценка остеоинтеграции выполнена на основе комплекса клинических, рентгенологических и лабораторных исследований. Количественный анализ результатов осуществлен с применением статистических методов исследования.
Результаты. Через 26 недель после имплантации у всех животных сохранилась стабильность имплантата, и сформировался единый костно-имплантационный блок с непрерывной и достаточно плотной компактной пластинкой. У животных группы 1 отмечали органотипическую перестройку кости и компактизацию периостальных напластований. У животных группы 2 к этому сроку наблюдали завершение органотипической перестройки вокруг имплантата, что свидетельствует о признаках более выраженного остеогенеза в системе «имплантат – кость». Цинк-содержащее кальций-фосфатное покрытие способствовало формированию более плотных и минерализованных структур на поверхности имплантата и предотвращало отток кальция из компактной пластинки костной культи.
Обсуждение. Проведенный комплекс исследований и клинические наблюдения показали отсутствие существенных локальных и системных нарушений у экспериментальных животных в период остеоинтеграции имплантатов, что свидетельствует об их хорошей переносимости. Цинк-содержащее кальций-фосфатное покрытие обеспечило отличную биосовместимость и стимулировало остеогенез. Полученные результаты согласуются с данными, приведенными в отечественной и зарубежной научной литературе, и расширяют доказательную базу эффективности применения титановых SLM имплантатов типа Press-Fit с цинк-содержащим кальций-фосфатным покрытием в остеоинтеграционном протезировании.
Заключение. Полученные в ходе эксперимента данные показывают достаточно хороший результат остеоинтеграции имплантатов типа Press-Fit без покрытия поверхности остеоинтегрируемой части и с нанесенным цинк-содержащим кальций-фосфатным покрытием без выраженных ограничений применения. Однако с точки зрения минимизации рисков следует отдать предпочтение изделиям с цинк-содержащим кальций-фосфатным покрытием остеоинтегрируемой части.
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена в рамках государственного задания НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова «Разработка новых имплантатов типа Press-Fit, обеспечивающих образование и активацию частиц костного матрикса для повышения приживаемости и надежности протезирования». Получение покрытий на медицинских изделиях и изучение их характеристик выполнено в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН (проект № FWRW-2026-0004)
Об авторах
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 имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия
Россия
Виктор Павлович Кузнецов — доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией, профессор кафедры термообработки и физики металлов УрФУ.
Курган, Екатеринбург
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
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
Н. В. Тушина
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова
Россия
Россия
Наталья Владимировна Тушина — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.
Курган
Е. Г. Комарова
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Екатерина Геннадьевна Комарова — кандидат технических наук, научный сотрудник.
Томск
Т. В. Толкачева
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Татьяна 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. Evans AR, Tetsworth K, Quinnan S, Wixted JJ. Transcutaneous osseointegration for amputees. OTA Int. 2024;7(2 Suppl):e326. doi: 10.1097/OI9.0000000000000326.
2. Wnuk-Scardaccione A, Bilski J. Breaking Barriers-The Promise and Challenges of Limb Osseointegration Surgery. Medicina (Kaunas). 2025;61(3):542. doi: 10.3390/medicina61030542.
3. Hoellwarth JS, Tetsworth K, Akhtar MA, Al Muderis M. Transcutaneous osseointegration for amputees : lessons from the past of relevance to the future. Bone Joint Res. 2021;10(10):690-692. doi: 10.1302/2046-3758.1010.BJR-2021-0235.R2.
4. Saleib RM, Pekbay B, Verhofstad MHJ, et al. Analyzing research trends and developments in osseointegration in patients with extremity amputations: Systematic bibliometric analysis and research recommendations. Prosthet Orthot Int. 2025;49(5):596-606. doi: 10.1097/PXR.0000000000000410.
5. Atallah R, Leijendekkers RA, Hoogeboom TJ, Frölke JP. Complications of bone-anchored prostheses for individuals with an extremity amputation: A systematic review. PLoS One. 2018;13(8):e0201821. doi: 10.1371/journal.pone.0201821.
6. Haidary A, Hoellwarth JS, Tetsworth K, et al. Transcutaneous osseointegration for amputees with burn trauma. Burns. 2023;49(5):1052-1061. doi: 10.1016/j.burns.2023.02.006.
7. Kafedzic H, Rozbruch SR, Reif TJ, Hoellwarth JS. Constructing an Osseointegrated Prosthetic Leg. JBJS Essent Surg Tech. 2024;14(1):e22.00064. doi: 10.2106/JBJS.ST.22.00064.
8. 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.
9. 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.
10. Huo D, Wang F, Yang F, et al. Medical titanium surface-modified coatings with antibacterial and anti-adhesive properties for the prevention of implant-associated infections. J Materi Sci Technol. 2024;179:208-223. doi: 10.1016/j.jmst.2023.09.016.
11. Velmurugan SN, Jayakumar S, Raman M, Senthamilarasi N. Multidimensional calcium phosphate coatings for bio activation of titanium implant surfaces using methodological approach. J Ind Eng Chem. 2024;133:228-245. doi: 10.1016/j.jiec.2023.11.061.
12. 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.
13. Hu S, Shou Z, Xu C, et al. The de novo strategy for bifunctional peptides coating to enhance osteointegration capacity of the implant. Colloids Surf B Biointerfaces. 2025;252:114642. doi: 10.1016/j.colsurfb.2025.114642.
14. Frölke JP, Atallah R, Leijendekkers R. Press-Fit Bone-Anchored Prosthesis for Patients with Short Transfemoral Amputation. JBJS Essent Surg Tech. 2025;15(1):e23.00007. doi: 10.2106/JBJS.ST.23.00007.
15. Hoellwarth JS, Tetsworth K, Al Muderis M. Single-Stage Press-Fit Osseointegration of the Radius and Ulna for Rehabilitation After Trans-Forearm Amputation. JBJS Essent Surg Tech. 2024;14(3):e23.00015. doi: 10.2106/JBJS.ST.23.00015.
16. Cooperman C, Wiznia D, Kunsel K, et al. Personalizing Revision Tibial Baseplate Position and Stem Trajectory With Custom Implants Using 3D Modeling to Optimize Press-fit Stem Placement. Arthroplast Today. 2022;18:45-51. doi: 10.1016/j.artd.2022.08.011.
17. Christensen JC, Smith J, Darter BJ, et al. Physical Recovery After Transfemoral Amputation Using Press-Fit Percutaneous Osseointegrated Prosthesis. Arch Phys Med Rehabil. 2026:S0003-9993(26)00574-5. doi: 10.1016/j.apmr.2026.02.494.
18. Ong G, Hoellwarth JS, Testworth K, Al Muderis M. Techniques to Remove Press-Fit Osseointegration Implants. JBJS Essent Surg Tech. 2024;14(1):e23.00017. doi: 10.2106/JBJS.ST.23.00017.
19. Hoellwarth JS, Reif TJ, Rozbruch SR. Revision Amputation with Press-Fit Osseointegration for Transfemoral Amputees. JBJS Essent Surg Tech. 2022;12(2):e21.00068. doi: 10.2106/JBJS.ST.21.00068.
20. 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.
21. Стогов М.В., Еманов А.А., Кузнецов В.П. и др. Влияние цинксодержащего кальций-фосфатного покрытия на остеоинтеграцию чрескожных имплантатов для протезирования конечностей. Гений ортопедии. 2024;30(5):677-686. doi: 10.18019/10284427-2024-30-5-677-686.
22. 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.
23. Кузнецов В.П., Горгоц В.Г., Аникеев А.В. и др. Имплантат культи трубчатой кости. Патент РФ на полезную модель № 194912. 30.12.2019. Бюл. № 1. Доступно по: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=194912&TypeF ile=html. Ссылка активна на 06.05.2026.
24. Кузнецов В.П., Горгоц В.Г., Еманов А.А. и др. Имплантат культи трубчатой кости. Патент РФ на полезную модель № 207637. 08.11.2021. Бюл. № 31. Доступно по: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=207637&TypeFile=html. Ссылка активна на 06.05.2026.
25. Komarova EG, Kazantseva EA, Chaikina MV, et al. Morphological and structural features of micro-arc Zn-Si-containing calcium phosphate coatings. Materials Today: Proceedings. 2020;25(3):439-442. doi: 10.1016/j.matpr.2019.12.157.
26. Komarova EG, Sedelnikova MB, Kazantseva EA, et al. Relationship between the porous structure hierarchy and the physical and mechanical properties of calcium phosphate drug carriers. Russ Phys J. 2020;63(7):1249-1256. doi: 10.1007/s11182-020-02151-y.
27. Bulina NV, Khvostov MV, Borodulina IA, et al. Substituted hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate as osteogenesis enhancers. Ceram Int. 2024;50(18):33258-33269. doi: 10.1016/j.ceramint.2024.06.136.
28. Komarova EG, Sharkeev YP, Sedelnikova MB, et al. Znor 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.
29. Komarova EG, Sharkeev YP, Sedelnikova MB, et al. Znor Cu-containing CaP-Based Coatings Formed by Micro-Arc Oxidation on Titanium and Ti-40Nb Alloy: Part II-Wettability and Biological Performance. Materials (Basel). 2020;13(19):4366. doi: 10.3390/ma13194366.
30. Кузнецов В.П., Губин А.В., Горгоц В.Г. 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://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=185647&TypeFile=html. Ссылка активна на 06.05.2026.
31. Banducci E, Al Muderis M, Lu W, Bested SR. The safety of one-stage versus two-stage approach to osseointegrated prosthesis for limb amputation. Bone Jt Open. 2023;4(7):539-550. doi: 10.1302/2633-1462.47.BJO-2022-0117.R1.
32. Burns DM, LoPolito AG, Glassband Z, et al. Single-Stage Press-Fit Femoral Osseointegrated Limb Replacement: A Prospective Cohort Study. J Am Acad Orthop Surg. 2026;34(8):e1144-e1153. doi: 10.5435/JAAOS-D-24-00718.
33. Atallah R, Rutjes E, Frölke JPM, Leijendekkers RA. Safety and performance of contemporary press-fit titanium osseointegration implants in lower extremity amputation : a five-year follow-up study. Bone Joint J. 2025;107-B(4):486-494. doi: 10.1302/0301-620X.107B4.BJJ2024-0754.R1.
34. Еманов А.А., Кузнецов В.П., Горбач Е.Н. и др. Сравнительное исследование остеоинтеграции изготовленных с применением аддитивных технологий титановых и стальных имплантатов в большеберцовой кости кролика в условиях внешней фиксации. Травматология и ортопедия России. 2020;26(2):98-108. doi: 10.21823/2311-2905-2020-26-2-98-108.
35. Barootchi E, Jirofti N, Daliri M, Moradi A. Lower limb osseointegrated prosthetics: are we standing on the edge of a new era? J Orthop Surg Res. 2026;21(1):255. doi: 10.1186/s13018-026-06675-w.
36. Galteri G, Betti V, Alesi D, et al. Improved primary stability and load transfer of a customized osseointegrated transfemoral prosthesis compared to a commercial one. J Orthop Surg Res. 2025;20(1):102. doi: 10.1186/s13018-025-05476-x.
37. Sánchez E, de Vries E, Matthews D, et al. The effect of coating characteristics on implant-bone interface mechanics. J Biomech. 2024;163:111949. doi: 10.1016/j.jbiomech.2024.111949.
38. Ghalayani Esfahani A, Sartori M, Bregoli C, et al. Bactericidal Activity of Silver-Doped Chitosan Coatings via Electrophoretic Deposition on Ti6Al4V Additively Manufactured Substrates. Polymers (Basel). 2023;15(20):4130. doi: 10.3390/polym15204130.
39. Wen Z, Lei L, Zhang H, et al. Magnesium-containing implants enhance bone healing: A mechanobiological perspective. Mechanobiol Med. 2025;3(4):100161. doi: 10.1016/j.mbm.2025.100161.
40. Frossard L, Laux S, Geada M, et al. Evidence-based recommendation of a powered knee for transfemoral bone-anchored prostheses: A cross-sectional study. Can Prosthet Orthot J. 2025;8(2):45790. doi: 10.33137/cpoj.v8i2.45790.
41. Leung ES, Mofatteh M. Investigating the Feasibility and Safety of Osseointegration With Neural Interfaces for Advanced Prosthetic Control. Cureus. 2025;17(4):e82567. doi: 10.7759/cureus.82567.
42. 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.
43. Frölke JP, Atallah R. Revision of Press-Fit Bone-Anchored Prosthesis After Implant Failure. JBJS Essent Surg Tech. 2024;14(4):e23.00005. doi: 10.2106/JBJS.ST.23.00005.
Рецензия
Для цитирования:
Еманов А.А., Кузнецов В.П., Стогов М.В., Горбач Е.Н., Тушина Н.В., Комарова Е.Г., Толкачева Т.В., Шаркеев Ю.П. Остеоинтеграция новых чрескожных имплантатов типа Press-fit с цинк-содержащим кальций-фосфатным покрытием в культю конечности в эксперименте. Гений ортопедии. 2026;32(4):529-539. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2026-32-4-529-539
For citation:
Emanov A.A., Kuznetsov V.P., Stogov M.V., Gorbach E.N., Tushina N.V., Komarova E.G., Tolkacheva T.V., Sharkeev Yu.P. Osseointegration of new percutaneous Press-fit implants coated with zinc-containing calcium phosphate in the limb stump: experimental study. Genij Ortopedii. 2026;32(4):529-539. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2026-32-4-529-539
Просмотров:
17
JATS XML
Послать статью по эл. почте 