Поиск Кабинет

Экспериментальное исследование имплантатов из никелида титана при реконструкции нижней челюсти

Гены & Клетки: Том IX, №1, 2014 год, стр.: 41-47

 

Авторы

Дюрягин Н.М., Степанов С.С., Семченко В.В., Дюрягина Е.Н.

ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ СКАЧАТЬ СТАТЬЮ В ФОРМАТЕ PDF ВАМ НЕОБХОДИМО АВТОРИЗОВАТЬСЯ, ЛИБО ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

Проблема реконструкции нижней челюсти и височно-нижнечелюстного сустава имеет ряд способов решения методами костной пластики и эндопротезирования [1]. Однако существующие технологические сложности в их применения, выполнимость не в каждой клинической ситуации, наличие противопоказаний, случаи не вполне удовлетворительных результатов лечения актуализируют проблему поиска новых, более эффективных средств и методов лечения [2, 3]. Одним из подходов, в рамках которого создаются перспективные для решения данной проблемы разработки, является тканеинженерный.

Современные тканеинженерные технологии, направленные на создание эквивалентов костной ткани, построены по известным принципам: основу тканеинженерных конструкций составляют носители с заданными свойствами, а «функционирующими единицами» являются экзогенные клетки, например, мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) костного мозга, пуповинной крови, жировой ткани, в том числе преддифференцированные в остеобластическом направлении [4–7]. После трансплантации в область костного дефекта тканеинженерный эквивалент вступает во взаимодействие с компонентами, реализующими естественный репаративный процесс как компенсаторно-адаптационную реакцию организма в ответ на повреждение. Для реконструктивной хирургии проблема оптимизации их позитивного взаимодействия является очень важной и актуальной [8]. В этой связи, углубленное изучение особенностей биомеханики и эффективности репаративного остеогистогенеза в посттравматическом периоде является фундаментальной основой разработки тканеинженерных технологий.

Цель исследования: оценить динамику репаративного процесса при адекватной и неадекватной реконструкции нижней челюсти имплантатом из никелида титана.

Материал и методы

Экспериментальное исследование проведено на кроликах возрастом 6 мес., массой 4,8–5,0 кг в соответствии с приказами МЗ СССР № 755 от 12.08.77 и № 701 от 27.07.78 об обеспечении принципов гуманного обращения с животными [9]. Кролики содержались в условиях вивария, регламентированных приказом МЗ СССР № 1179 от 10.10.1983 г.

Животные (n = 20) были разделены на две равные группы, в каждой из которых выполнялась резекция правой ветви нижней челюсти с экзартикуляцией как модель критического пострезекционного дефекта [9, 10] и реконструкция титановым имплантатом из никелида титана.

Для животных обеих экспериментальных групп имплантаты из никелида титана создавали в соответствии с принципами биомеханического разделения структур опорно-двигательного аппарата на пассивные и активные (рис. 1) [9, 11, 12]. Изготовленные изделия моделировались на скелетных прототипах и имплантировались животным из поднижнечелюстного оперативного доступа: имплантаты из никелида титана устанавливались и фиксировались к костным фрагментам, мягкие ткани ушивались послойно.

В группе I воссоздавалась типичная ситуация неадекватной реконструкции или посттравматической деформации нижней челюсти, для чего имплантат из никелида титана устанавливался не в проекции резецированной ветви (не в зоне костного дефекта), а в позиции передней сагиттальной дислокации, т.е. часть имплантата, моделирующая мыщелковый отросток, позиционировалась кпереди от суставной ямки (рис. 2).

Животным группы II (n = 10) выполняласьадекватная реконструкция, при которой имплантат из никелида титана устанавливался в правильном положении, с размещением головки мыщелкового отростка в суставной ямке (рис. 3).

Рентгенологические методы исследования В течение последующих 1, 2, 3, 4 и 5 лет наблюдений животным обеих групп проводилась мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ). Рентгенологические исследования выполняли на установке Philips Brilliance CT 6-Slice с построением 3D-изображений и использованием программы eFilm Workstation 2.1 для верификации рентгенологической плотности участков костной ткани в единицах Хаунсфилда (HU) [13].

По компьютерным томограммам определяли: 1) биотопометрические показатели реконструированных нижних челюстей; 2) показатели плотности и динамику их изменений в костном регенерате, сформировавшемся в отдалении от имплантата из никелида титана, установленного с передней сагиттальной дислокацией, а также в тканевых структурах, сформировавшихся в его проекции (группа I); 3) показатели и динамику изменения плотности костного регенерата, образовавшегося в условиях адекватной реконструкции в проекции установленного имплантата из никелида титана (группа II); 4) аналогичные показатели в костной ткани интактных фрагментов челюстей; 5) рентгенологические показатели состоятельности зубов и прикуса. Показатели плотности регенерата получали из одного точечного региона, визуализированного в 4 плоскостях (MPR0, MPR1, MPR2, MPR3), что для каждого животного составляло 16 значений за одно исследование [10, 18].

Гистологический анализ

Материал для гистологического исследования в группе I забирали после естественной смерти животных (через 62–65 мес.), а в группе II – выполняли биопсии (2×2×2 мм) через 30, 130, 250 и 365 сут. после введения в эксперимент, а также забирали материал после смерти животных [14].

Материалы фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина на фосфатном буфере фирмы (Биовитрум, Санкт-Петербург), проводили декальцинацию. Затем извлекали фрагменты нитей никелида титана (группа I), а блоки заливали в парафин [15].

На ротационном микротоме LaboCut 4055 (фирма Slee, Германия) изготавливали срезы толщиной 5 мкм. Часть срезов окрашивали обзорными красителями: гематоксилином и эозином, по методу Ван Гизона [15]. Другую часть препаратов использовали для иммуногистохимического исследования с моноклональными антителами к следующим белкам: CD68 (маркер макрофагов), СD34 (эндотелиальные клетки сосудов), Col-4 (базальная мембрана эпителия) и Ki-67 (маркер пролиферирующих клеток). Постановку иммуногистохимических реакций осуществляли согласно рекомендациям фирмы-производителя. Визуализацию результатов проводили с использованием системы детекции Ultra Vision ONE DetectionSystem HRP Polymer, инкубировали с хромогеном – DAV PlusSubstrateSystem, срезы докрашивали гематоксилином Майера и заключали в БиоМаунт-среду. Для оценки качества реакции использовали стекла с позитивным контролем для каждого из антител (фирма Labvision, США). Характер иммуногистохимических реакций оценивали визуально в баллах с учетом интенсивности окраски и процента позитивных клеток.

Микрофотосъемку полученных препаратов проводили на микроскопе AxioScope 40 и AxioStar (Carl Zeiss, Германия) с встроенным ТV-адаптером и цифровой видеокамерой CarlZeissImager. Морфометрический анализ регенерата выполняли с использованием компьютерной программы ImageJ 1.41 [16].

Проверку статистических гипотез при анализе количественных данных осуществляли с помощью компьютерной программы Statistica 8.0. Использовали однофакторный (ANOVA) ранговый дисперсионный анализ Фридмана (для зависимых выборок) и Краскела – Уоллиса (для независимых выборок), а также парный сравнительный анализ для зависимых и независимых выборок (критерии Вилкоксона и Манна – Уитни, соответственно). Учитывая непараметрическое распределение количественных признаков результаты представляли с использованием медианы, верхних и нижних квартилей. Нулевая гипотеза отвергалась при p<0,05 [17].

Результаты и обсуждение

У животных группы I в течение первых 6 мес. наблюдений при объективном обследовании определялось незначительное смещение средней линии нижней челюсти влево – в сторону, противоположную поврежденной (рис. 4).

Через 12 мес. наблюдений прикус приходил к норме, средняя линия выравнивалась, что сохранялось до конца эксперимента. По его завершению макропрепараты эксплантированных нижних челюстей были исследованы топометрически. Интересно, что в результате или несмотря на неадекватную коррекцию процессов восстановления нижней челюсти имплантатом с сагиттальной дислокацией, у животных группы I в проекции резецированной ветви нижней челюсти, т.е. в отдалении от имплантата, «самостоятельно» формировался костный регенерат с надкостницей в виде новой ветви с мыщелковым отростком нижней челюсти. Регенерат располагался позади имплантата, практически полностью восстанавливая индивидуальную конфигурацию, биомеханическую симметрию правой и левой половин челюсти (рис. 4Б). При этом, фрагменты височной, латеральной крыловидной и жевательной мышц соединялись с восстановленными костными образованиями в типичных местах, что свидетельствовало о полной функциональной реконструкции [18]. Дислоцированные части имплантатов были заполнены преимущественно мягкими тканями и не объединялись с мышцами.

У животных группы II в условиях адекватной реконструкции дислокации ветвей челюстей, смещения центра нижней челюсти, изменений прикуса не отмечалось (рис. 5).

Установленные изделия не препятствовали репаративному процессу, дефекты челюстей замещались полноценными костными регенератами, во внутренней части которых располагались элементы имплантатов из никелида титана, а наружная их поверхность была оптимально интегрирована с соответствующими сухожильно-мышечными структурами, что определяло полное восстановление. Оптимальная функциональная активность нижних челюстей у животных этой группы отмечалась уже через 3 мес. после операции [19].

Таким образом, в группе I по истечении 12 мес. наблюдения были получены результаты оптимальной реконструкции резецированных фрагментов и полная ликвидация биомеханических дефектов челюстей. В группе II, в условиях адекватной реконструкции, уже по истечении 3 мес. наблюдений были получены результаты оптимальной реконструкции резецированных фрагментов и полная ликвидация биомеханических дефектов челюстей.

По данным МСКТ и расчету биотопометрических показателей у животных группы I в проекции резецированных ветвей нижних челюстей через 12 мес. после операции четко определялись регенераты, соответствующие по своей структуре и плотности зрелой костной ткани. В дальнейшем плотность статистически значимо не менялась (табл. 1). Части имплантатов, моделирующие мыщелковые отростки, оставались в позиции передней сагиттальной дислокации (рис. 6). При этом, плотность тканей, образовавшихся вокруг дислоцированных элементов имплантатов, была низкой и в динамике убывающей, вероятно, за счет их расположения вне зоны активной костной регенерации (табл. 1).

У животных группы II через 12 мес. после операции, по данным рентгенологических методов исследования, имплантированное изделие, инкрустированное в регенерат по плотности и структуре, соответствовавший костной ткани, находилось в первоначальном положении, с головкой, расположенной в суставной ямке (рис. 7). Плотность регенерата в последующих сроках наблюдения не менялась.

Показатели плотности интактных фрагментов челюстей оставались стабильными на всех сроках наблюдения. Рентгенологические показатели функциональной состоятельности зубов и прикуса, кроме временных изменений в I группе в течение первых 6 мес. после операции, оставались стабильными.

По данным гистологического исследования, в группе II было установлено, что через 30 сут. после операции дислоцированные компоненты имплантата из никелида титана были окружены рыхлой волокнистой соединительной тканью (рис. 8) с большим количеством вновь образованных сосудов гемомикроциркуляторного русла (рис. 9А). При этом отмечался высокий уровень пролиферативной активности клеток соединительнотканного регенерата (рис. 9Б). Моноцитарно-гистиоцитарный дифферон был представлен небольшим количеством макрофагов. В условиях раневого гистогенеза вокруг сетчатых элементов имплантата формировались ретикулофиброзная костная ткань и гиалиновая хрящевая ткань как провизорный субстрат регенерирующей кости.

По данным морфометрического анализа, через 30 сут. после операции превалировали клетки фибробластического дифферона (табл. 2). В последующем динамика морфометрических изменений сводилась к прогрессивному снижению содержания фибробластов и хондробластов при увеличении содержания остеобластов и количества очагов остеогенеза. У животных второй группы полная реорганизация провизорного субстрата в дефинитивную костную ткань и ее интеграция с искусственным матриксом завершалась через 275–365 сут. [14, 16].

Интересно, что даже в группе I, в условиях, когда реконструкция нижней челюсти была выполнена таким образом, чтобы лишь создать условия для реализации естественного репаративного процесса (сохранение функции нижней челюсти после частичной резекции) без оптимизации его хода за счет введенных конструкций, наблюдалось формирование костного регенерата в проекции резецированной ветви нижней челюсти. Такие данные можно считать иллюстрацией описанного ранее в литературе положения о «памяти формы», характерной для костей скелета, за счет которой возможно полное восстановление первоначальной формы органа [20].

Заключение

Таким образом, в результате экспериментального исследования показаны высокие, генетически детерминированные возможности костной «органорегенерации» у кроликов с реализацией «памяти формы» даже в случае протяженных дефектов. Так, в группе I наблюдалось естественное восстановление резецированной ветви нижней челюсти с возвращением биомеханических показателей к дооперационным через 12 мес. При этом, имплантаты из никелида титана, корректно смоделированные для замещения ветви нижней челюсти с мыщелковым отростком, уже через 3 мес. обеспечивают нормализацию биомеханических параметров нижней челюсти. Структурно-функциональный результат выполненной реконструкции в обеих группах был одинаковым, однако в группе II был достигнут за в 4 раза меньший срок (3 мес. против 12 мес.).

Подняться вверх сайта