Исследование взаимодействия пористого никелида титана с костной тканью в эксперименте

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Слизовский Г.В., Гюнтер В.Э., Кужеливский И.И.

Сибирский государственный медицинский университет, Томский государственный университет,

г. Томск

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОРИСТОГО НИКЕЛИДА ТИТАНА С КОСТНОЙ ТКАНЬЮ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

В статье отражены результаты эксперимента на собаках по установке имплантов из пористого никелида титана в область шейки бедренной кости. После выведения животных из эксперимента выявлено, что прорастание костной ткани в имплантах происходит без биологического отторжения, плотность заполнения пор имплантата костной тканью достигает 60-80 %. Пористый никелид титана подходит для замещения костных дефектов и использования в качестве матрицы направленной тканевой регенерации.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: имплантация; регенерация; никелид титана.

Slizovsky G.V., GunterV.E., Kuzhelivsky I.I.

Siberian State Medical University,

Tomsk State University, Tomsk

STUDY OF THE INTERACTION OF POROUS TITANIUM NIKELIDE WITH BONE TISSUE IN EXPERIMENT

This article reports results from the experiment conducted on dogs, during which porous titanium nickelid implants were placed into the femoral neck. Upon completion of the experiment, following phenomena were detected: bone issue ingrew into the implants without biological rejection; density of filling of pores with bone tissue reaches 60-80 %. Porous titanium nickelid is applicable for replacement of bone defects and as a matrix in guided issue regeneration.

KEY WORDS: implantation; regeneration; titanium nickelide.

Успешное хирургическое лечение ортопедических заболеваний зависит от технологического обеспечения операций, опыта хирурга и полноценной реабилитации пациентов. Не менее важное значение в реконструктивной хирургии имеют свойства используемых материалов-имплантов. В качестве пластического материала преимущественно используются ауто- и гомотрансплантаты [1, 2]. Высокая интенсивность резорбции трансплантируемых биологических тканей довольно часто является причиной малой эффективности реконструктивных операций, так как они рассасываются до

Корреспонденцию адресовать:

КУЖЕЛИВСКИЙ Иван Иванович,

636027, г. Томск, ул. Ленская, д. 14, кв. 130. Тел.: +7-923-426-87-78.

E-mail: kuzhel@rambler.ru

момента восстановления корригированного или утраченного сегмента. Не менее важны и свойства имплантированных материалов, такие как биологическая инертность, коррозийная стойкость, прочность, эластичность и т.д. [3-5].

На базе кафедры детских хирургических болезней, операционной ЦНИЛ Сибирского государственного медицинского университета уже более 10 лет проводится изучение имплантов-материалов из микропористого никелида титана в эксперименте [6].

Цель работы — данный эксперимент направлен на изучение реакции костной ткани и способности её прорастания в имплантах из микропористого никелида титана. Работа направлена для изучения возможности замещения костных дефектов, использования в качестве матрицы направленной тканевой регенерации и разработки функционирующих тканевых систем.

Сведения об авторах:

СЛИЗОВСКИЙ Григорий Владимирович, канд. мед. наук, доцент, кафедра детских хирургических болезней, ГБОУ ВПО СибГМУ Минздравсоц-развития России, г. Томск, Россия. E-mail: sgv5858@mail.ru

ГЮНТЕР Виктор Эдуардович, доктор техн. наук, профессор, директор, НИИ медицинских материалов с памятью формы, Томский государственный университет, г. Томск, Россия.

КУЖЕЛИВСКИЙ Иван Иванович, канд. мед. наук, ассистент, кафедра детских хирургических болезней, ГБОУ ВПО СибГМУ Минздравсоцраз-вития России, г. Томск, Россия. E-mail: kuzhel@rambler.ru

Information about authors:

SLIZOVSKY Grirogy Vladimirovich, candidate of medical sciences, docent, department of childrens surgery, Siberian State Medical University, Tomsk, Russia. E-mail: sgv5858@mail.ru

GUNTER Viktor Eduardovich, doctor of technical sciences, professor, director, Research Institute of Medical Shape Memory Materials, Tomsk State University, Tomsk, Russia.

KUZHELIVSKY Ivan Ivanovich, candidate of medical sciences, assistante, department of childrens surgery, Siberian State Medical University, Tomsk, Russia. E-mail: kuzhel@rambler.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОРИСТОГО НИКЕЛИДА ТИТАНА С КОСТНОЙ ТКАНЬЮ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальное исследование проводились на 5 беспородных собаках самцах весом от 14 до 20 кг, оперированных под нембуталовым наркозом с формированием костного ложа и установкой в него имп-ланта из никелида титана. Все животные выводились из эксперимента путем эвтаназии после получения эфирного наркоза. Две собаки выводились из эксперимента через 14 дней после установки импланта, остальные три выводили через год после операции. Производилось вскрытие, и путём анатомического препарирования выделялся сегмент с имплантатом.

Перед иссследованием аутопсийного материала проводилась фиксация препаратов в 10 % нейтральном формалине, обезвоживание в этаноле и очищение в ксилоле. Брали сечения от 100 до 300 мкм и окрашивались по Стиневелзу и Ван-Гизону. Программа анализа изображения позволяла различать области костной ткани и импланта на каждом сечении для того, чтобы количественно определить области прорастания костной ткани и интеграции костной ткани в имплант.

Исследованы 5 анатомических препаратов, из которых получены 10 гистологических. Изучение материала проводилось на большом универсальном световом микроскопе «NU», окуляр х12,5, с использованием телевизионной цветной камеры и программы Photo Shop. Процессы образования тканей в порах имплантатов исследовали подробно через разные промежутки времени — от 14 дней до 1 года. В конце этих сроков образцы извлекали из организма и проводили детальные морфологические анализы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ полученных структур показал, что после имплантации между любой контактирующей тканью и имплантатом наблюдается непосредственная связь. Ткани образуются (прорастают) в порах имплантата, постепенно заполняя их. Уже после 14 дней взаимодействия практически во всех порах наблюдали тканевые структуры, характерные для соединительной ткани. Ткань хорошо прилегает к стенкам пор, повторяя их рельеф. При увеличении времени пребывания имплантатов в организме до 1 года наблюдали уплотнение тканевых структур во всех порах. Структура тканей в порах и вокруг имплантата становится полностью идентичной. Реакция костной ткани на имплантацию пористого никелида титана заключается в том, что в порах имплантата со временем образуется зрелая ткань, например, костная со структурой, аналогичной матричной кости. Зарождение и рост костной ткани в пористой структуре никелида титана происходит одновременно во многих порах в виде отдельных ядер, которые затем разрастаются и сливаются. Постепенно костная ткань заполняет поры и соединяющие их каналы. Наличие проницаемой пористости у имплантатов из никелида титана дает возможность регулирования процессов остеоинтеграции после имплантации пористых проницаемых

конструкций в костное ложе с использованием технологий насыщения имплантатов биологическими тканями, оптимизирующими остеогенез.

Для повышения эффективности замещения утраченных костных структур пористыми имплантатами из никелида титана перспективными являются имплантаты, насыщенные биологическими остеогенными тканями. Пористый никелид титана имплантируют в собственную тканевую систему, например, в толщу гребня подвздошной кости, и, благодаря клеточной диффузии, в порах образуется ткань, которая извлекается для замещения дефектов, либо вместе с пористой основой имплантируют в организм с этой же целью. Такая технология может быть использована в различных областях медицины — челюстнолицевой хирургии, травматологии, вертебрологии.

Пористый никелид титана явился матриксом для костной ткани и интеграции остеогенных клеток. Свойства балочной структуры пористого никелида титана, такие как высокий процент пористости и оптимальный размер пор, инициируют высокий процент заполнения пор имплантата костной тканью, достигающий 60-80 % минерализованного костного матрикса через год после имплантации.

Экспериментальные исследования образцов, проведенные после имплантации никелида титана в микропористом виде в ткани организма, показали, что он способен длительно функционировать в организме не отторгаясь, обеспечивает стабильную регенерацию клеток и создает надежную фиксацию с тканями организма за счет образования (врастания) и роста тканей в порах имплантата. Интеграция костной ткани организма в микропористые импланты из никелида титана с заданными физико-механическими характеристиками позволяет применять данный материал для замещения костной ткани, сломанных тел позвонков, замещения дефектов длинных трубчатых костей.

Использование аутологической костной трансплантации (где ткань для пересадки берется у самого реципиента) придает очевидное преимущество имплан-там из микропористого никелида титана по сравнению с ауто- и гомоимплантами, поскольку в данном случае имплантат служит костной матрицей для замещения или дополнения костной ткани.

ВЫВОДЫ:

Таким образом, микропористый никелид титана из сплава-ТН-10 (Т1№МоБе) представляет современный биоматериал, применение которого даёт возможность для замещения костных дефектов, использования в качестве матрицы направленной тканевой регенерации и разработки функционирующих тканевых систем. Прорастание костной ткани в имплантах происходит без биологического отторжения. Через год после имплантации плотность заполнения пор имплантата костной тканью достигает 60-80 % минерализованного костного матрикса. Применение никелида титана оптимизирует остеогистогенез, однако это требует дополнительных исследований в эксперименте.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОРИСТОГО НИКЕЛИДА ТИТАНА С КОСТНОЙ ТКАНЬЮ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

ЛИТЕРАТУРА:

1. Блинков, Ю.Ю. Изучение влияния миелопина и его компонентов на иммунологическую реактивность и репаративный остеогенез /Ю.Ю. Блинков: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. - Курск, 2000. - 26 с.

2. Ходоренко, В.Н. Проницаемость медицинских пористых сплавов на основе никелида титана /Ходоренко В.Н., Моногенов А.Н., Гюнтер В.Э. //Новые материалы в медицине: матер. междунар. конф. - Красноярск, 2000. - С. 12-13.

3. Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине /под ред. В.Э. Гюнтера. - Томск, 2004. - 440 с.

4. Вильямс, Д.Ф. Имплантаты в хирургии: пер. с англ. Е.В. Колпакова / Вильямс Д.Ф., Роуф Р. - М., 1978. - 552 с.

5. Roaf, R. Implants in Surgery /Roaf R. /ed. by D.F. Williams. - London, 2003. - 439 p.

6. Гюнтер, В.Э. Имплантаты с памятью формы в медицине /Гюнтер В.Э. - USA, 2002. - 234 с.