Российские ученые изучили приживаемость 3D-печатных костных имплантатов

Совместное исследование ученых Пермского национального исследовательского политехнического университета, Пермского государственного медицинского университета имени академика Е. А. Вагнера и Донского государственного технического университета позволило определить, какие структуры челюстных имплантатов лучше всего помогают быстрому образованию новых костный тканей в зависимости от сложности дефектов челюсти.

Челюстно-лицевые дефекты, возникающие из-за кист, переломов и рака, нуждаются в протезировании, при этом имплантаты должен приживаться и не вызывать отторжения. Для этого используются челюстные имплантаты с ячеистой структурой, способствующей прорастанию костных тканей через пустые ячейки. Решетки могут иметь разный вид и размеры, а выбор наиболее подходящей модели — ключевой вопрос для хирурга и пациента.

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета, Пермского государственного медицинского университета имени академика Е. А. Вагнера и Донского государственного технического университета провели эксперимент и выяснили, какая структура имплантатов оптимальна для быстрого образования новых костных тканей, сообщает пресс-служба ПНИПУ. Например, протезы с ячейками 3 мм подходят для замещения полостей после удаления околокорневых кист, а для полных и частичных дефектов подойдут имплантаты с размером 2-3 мм. Результаты служат основой для перехода к клиническим испытаниям на людях.

В хирургии активно используют пористые имплантаты на основе титана с решетчатой структурой. Диаметр ячеек в решетке бывает разным, от него зависят скорость приживления и прочность протеза. Для выяснения наиболее подходящих размеров структурных элементов ученые провели эксперимент in vivo на лабораторных животных.

С помощью аддитивных технологий ученые изготовили три вида имплантатов с диаметром ячеек 1, 2 и 3 мм. Протезы имплантировались белым крысам и морским свинкам с искусственно созданными дефектами нижней челюсти. Выборка состояла из восьмидесяти двух лабораторных животных в трех группах, находившихся под наблюдением две, четыре недели и девять месяцев. По окончании эксперимента исследователи изучили новообразованные ткани в ячейках имплантатов и степень сцепления кости с протезом.

Активное прорастание ткани обнаруживается уже через две недели после имплантации. Поверхность протеза покрывается утолщенной надкостницей (внешней оболочкой кости), а в ячейках появляется тонкий слой соединительной ткани, из которой в дальнейшем образуется костная. Степень сцепления новой ткани с имплантатом в этот период остается слабой.

«Через четыре месяца кость начинает активнее срастаться с имплантатом, в ячейках уже образуется однородная костная ткань, причем быстрее эти процессы происходили в протезах с диаметром ячейки 3 мм: стойки и наружные участки заполнены грубоволокнистой, пластичной и соединительной тканью с крупными сосудами», — рассказал доцент кафедры челюстно-лицевой хирургии ПГМУ имени академика Е. А. Вагнера Владимир Василюк.

Через девять месяцев на имплантате образуется утолщенная надкостница. Ячейки диаметром 1 мм зарастают фиброзной тканью с отдельными участками пластинчатой костной, а ячейки 2-3 мм полностью заполняются. Наблюдалось также увеличение объема костных пластинок, образование кровеносных сосудов и клеток крови. Кость настолько плотно срасталась с имплантатом, что в 68% случаев отделить их друг от друга можно было только распиливанием.

«Результаты исследования демонстрируют, что процессы формирования ткани внутри имплантата начинаются уже через две недели после вживления, а активная фаза наступает на четвертый-девятый месяц. Образование новой ткани происходит быстрее в ячейках, которые имеют увеличенные размеры в 2-3 мм — так скорость приживления протеза сокращается в три раза по сравнению с диаметром ячейки в 1 мм», — рассказала доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения», ведущая научная сотрудница лаборатории биожидкостей ПНИПУ Полина Килина.

Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Mechanical Behavior of Biomedical Materials.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.