Разработка новых устройств и технологий применения имплантационных материалов с различными свойствами и оценка их биоинтеграции при замещении дефектов костей и протезировании в ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России, Курган

Разработка технологии получения трансплантатов на основе внеклеточного матрикса ксенокости и исследование возможности применения трансплантатов из ксенокости, инкубированных в среде антибиотика и компонентов крови
Разработана методика получения ксеногенного костного импланта обладающего биоиндуктивными и биокондуктивными свойствами из костной ткани кролика, быка и лошади. Модификацию ксеногенной кости антибиотиком производили смешиванием крошки ксеногенного материала с равным по весу лиофилизатом Ванкомицин-Тева (№ регистрационного удостоверения ПN014771/01). Модификацию кровью производили смачиванием крошки ксеногенной кости с равным объемом крови реципиента. Экспериментальная апробация разработанного имплантационного ксеноматрикса показала, что исследованные материалы, полученные на основе матрикса ксенокости могут быть использованы в хирургической практике с целью возмещения дефектов костей различной локализации в зависимости от заранее прогнозируемых сроков замещения дефектов, а также необходимости опорной и функциональной нагрузки на сегмент. Все материалы в различной степени проявляют свойства биорезорбируемости и остеокондуктивности, однако наилучшие показатели отмечены у ксеноматрикса лошади. Этот материал не являлся раздражающим для тканей в области имплантации. Добавление компонентов крови достоверно снижает биосовместимость ксеноматрикса лошади, но улучшает характеристики ксеноматрикса быка. Сочетание ксеноматрикса лошади и антибактериального препарата приводит к статистически значимому снижению зрелости костного регенерата и доли костной ткани в области имплантации, а также ухудшению характеристик интеграции по отношению к новообразованным тканям.
Экспериментально-клиническая разработка и обоснование технологии применения имплантатов из сетчатых металлоконструкций для лечения полостных дефектов костей
Проведено экспериментальное исследование по оценке безопасности и эффективности применения оригинальной конструкции сетчатого имплантата из вязаного, эластичного полотна из проволоки сплава марки ТН-10. Животным (крысы линии «Вистар») экспериментальной группы непосредственно после операции в дефект имплантировали указанные конструкции из никелида титана. В контрольной группе животных имплантат не применяли.
По результатам исследования при клиническом осмотре в период наблюдения равный 90 суткам, животные в контрольной и опытной группах показали однотипную картину течения раннего и позднего послеоперационного периода. Осложнений не наблюдали.
По данным рентгенологического исследования у крыс в контрольной группе к 90 суткам эксперимента не происходило полного замещения дефекта кости и восстановления ее анатомических контуров. У крыс в опытной группе к 90 суткам эксперимента отмечали отсутствие миграции имплантата, выявляли полное замещение дефекта дистального метафиза бедренной кости, ячейки имплантата были равномерно заполнены новообразованной костной тканью, рентгенологическая плотность которой была аналогичной плотности материнской кости. Анатомический контур сегмента был восстановлен.
По данным морфологического исследования через 60 и 90 суток после операции в контрольной группе животных в центральной области дефекта располагались фрагменты губчатой кости. Выявляли начальные этапы периостально-интермедиарного сращения и формирования кортикального слоя, напоминающего по строению губчатую кость, образованную короткими, хаотично расположенными костными трабекулами. В экспериментальной группе животных через 60 и 90 суток после операции дефект был замещен регенератом, характеризующимся наличием сети зрелых утолщенных костных трабекул и полей остеоида. Был сформирован новообразованный участок кортикального слоя, представленный компактной костью пластинчатого строения. Нити имплантата были окружены остеоидом или полностью обрастали новообразованной костной тканью
По данным биохимического исследования, применение тестируемого изделия у крыс опытной группы имеет сопоставимую безопасность в сравнении с крысами контрольной группы, отмечено, что метаболические изменения у крыс опытной группы существенно не отличались от характера изменений животных контрольной группы 1В.
Разработка технологии использования тканеинженерных эквивалентов опорных тканей при замещении дефектов костей и эндопротезировании
Разработан имплантат из трехмерных сетчатых конструкций никелида титана для замещения метафизарных внутрикостных дефектов. Имплантат, представляющий трехмерный сетчатый каркас изготовленный методом скручивания в рулон высокоэластичной, вязаной сетки из никелидтитановой проволоки марки ТН-10 калибром 90. Сетка была сформирована по типу трикотажной вязки с ячеями – сквозными открытыми макропорами 100-300 мкм в диаметре. Никелид-титановая нить была изготовлена из композиционного материала, включающего сердцевину из наноструктурного монолитного никелида титана и пористый поверхностный слой (оболочку) толщиной 5-7 мкм оксида титана (НИИ медицинских материалов и имплантатов с памятью формы ООО Научно-производственное предприятие «МИЦ», г. Томск, Россия; сертификат № РООСRU.АЯ79Н18304). Микрорельеф поверхностного слоя нити характеризовался резко выраженной шероховатостью и наноструктурированностью, наличием множества взаимосвязанных открытых микропор капиллярного типа. Пористость имплантата составляла 73,6±3,56%.
С учетом системных представлений о строении костной ткани, разработан композиционный костно-пластический материал для восполнения дефектов губчатой кости (тканеинженерный эквивалент), включающий упруго-волокнистый компонент (объемные конструкции из проволоки никелида титана), структурированный минеральный компонент (фрагменты модифицированного костного ксеноматрикса) и трофический компонент (аллоплазма в сочетании с метаболически активными веществами). Исследование биосовместимости, биомеханических характеристик, остеоиндуктивных и остеокондуктивных свойств входящих в его состав материалов позволило выявить их синергичное взаимодействие для достижения остеогенного эффекта на экспериментальной модели гетеротопической подкожной имплантации. При ортотопической внутрикостной имплантации заполнение несквозного дефекта губчатой кости ее тканеинженерным эквивалентом позволило улучшить качество заживления в области повреждения. Биохимические, физиологические и гистологические исследования показали эффективность и безопасность разработанного композиционного материала для заполнения дефектов губчатой кости.
Оценка остеоинтеграции и эффективности внутрикостного имплантата с модифицированной поверхностью
Разработан и изготовлен с применением аддитивных технологий имплантат для остеоинтегрции. На экспериментальных животных — кроликах породы «Советская Шиншилла» — была проведена его апробация.
По результатам предварительных технических испытаний имплантатов предельная прочность на разрыв в вертикальном направлении после изготовления и термической обработки составила 1450100 МПа. Термическую обработку выполняли при температуре 482 °С с выдержкой 4 часа. Относительное удлинение при разрыве составило 122%. Измерение твердости по Роквеллу (HRC) проводилось по DIN EN ISO 6508-1. Твердость образцов составила 41 HRC. Теплопроводность образцов после изготовления и термической обработки составила: в горизонтальной плоскости 15.70.8 Вт/м°С, в вертикальной – 15.80.8 Вт/м°С. Удельная теплоемкость 47020 Дж/кг°С.
По результатам рентгеновского электронно-зондового микроанализа на поверхности имплантируемого изделия тканевого субстрата методом рентгеновского электронно-зондового микроанализа, выявлено наличие Са и Р, что свидетельствовало о формировании в исследуемом образце новообразованной костной ткани. При выполнении количественных исследований обнаружено, что содержание Са в новообразованной на поверхности имплантата костной ткани составило 7-9 вес.%, при соотношении Са/Р от 0,3 до 1, что по степени минерализации соответствовало ретикулофиброзной костной ткани. О данном факте свидетельствовали и результаты сканирующей электронной микроскопии. Как в резьбовых углублениях, так и на ребрах винтовой внутрикостной конструкции обнаруживали костные трабекулы, интимно связанные волокнистым компонентом с их поверхностью. В тканевом субстрате присутствовали остеогенные клетки и клетки гемопоэтического костного мозга, что также подтверждало наличие новообразованной костной ткани на поверхности металлоконструкции.

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован.