КОСТНАЯ И МЯГКОТКАННАЯ ИНТЕГРАЦИЯ ПОРИСТЫХ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)
- Авторы: Тихилов Р.М.1,2, Шубняков И.И.3, Денисов А.О.3, Конев В.А.3, Гофман И.В.4, Михайлова П.М.3, Нетылько Г.И.3, Васильев А.В.5, Анисимова Л.О.3, Билык С.С.3
-
Учреждения:
- ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России
- ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава России.
- ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России.
- ФГБУН «Институт высокомолекулярных соединений» Российской Академии наук.
- ФГБНУ «Медико-генетический научный центр».
- Выпуск: Том 24, № 2 (2018)
- Страницы: 95-107
- Раздел: Теоретические и экспериментальные исследования
- URL: https://journals.rcsi.science/2311-2905/article/view/125228
- DOI: https://doi.org/10.21823/2311-2905-2018-24-2-95-107
- ID: 125228
Цитировать
Аннотация
Актуальность. При ревизионном эндопротезировании крупных суставов как правило возникает необходимость замещения костных дефектов сложной геометрической формы с одновременным воссозданием опоры и возможностью интеграции окружающих мышечных и сухожильных структур в имплантат, что необходимо для полноценного восстановления функции сустава.
Цель — изучить в эксперименте процессы интеграции мышечной и костной тканей, а также сухожильно-связочного аппарата в титановые пористые материалы.
Материал и методы. В эксперименте in vivo 6 кроликам породы шиншилла был создан стандартизированный дефект костной ткани в точке прикрепления сухожилия связки надколенника, а также зона расслоения мышечной ткани широчайшей мышцы спины. У каждого животного использовали оба коленных сустава и обе широчайшие мышцы спины. Опытную группу исследования составили титановые образцы с пространственной сетчатой структурой, контрольную — цельные титановые образцы со стандартной пористостью. Титановые образцы были получены путем аддитивных технологий с предварительным прототипированием. Пористость соответствовала трабекулярному металлу, страты — 0,45, размер пор 100–200 мкм. Образцы исследуемых материалов были имплантированы в одинаковых условиях в соответствующие анатомические участки. Морфологические исследования были выполнены на 60-е сутки после оперативного лечения, исследования прочностных свойств — на 90-е сутки.
Результаты. Выявлено прорастание костной ткани в поры имплантатов с минимальным количеством фиброзной ткани, обнаружена отчетливая соединительнотканная интеграция, представленная плотной фиброзной тканью в порах материала, имплантированного в мышечную ткань. При исследовании прочности фиксации тестируемых образцов отчетливо демонстрируется превосходящая прочность интеграции мягких и костной тканей в опытные сетчатые имплантаты, изготовленные с помощью аддитивных технологий.
Заключение. Исследование открывает широкие перспективы применения высокопористых титановых имплантатов, изготовленных методом 3D-печати, для восстановительной и ревизионной хирургии в отношении как замещения костных дефектов, так и восстановления поврежденных мышц.
Об авторах
Р. М. Тихилов
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России; ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава России.
Автор, ответственный за переписку.
Email: fake@neicon.ru
Тихилов Рашид Муртузалиевич — д-р мед. наук, профессор, директор; профессор кафедры травматологии и ортопедии.
И. И. Шубняков
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России.
Email: fake@neicon.ru
Шубняков Игорь Иванович — д-р мед. наук, главный научный сотрудник.
А. О. Денисов
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России.
Email: fake@neicon.ru
Денисов Алексей Олегович — канд. мед. наук, Ученый секретарь, заведующий научным отделением патологии тазобедренного сустава.
Ул. Акад. Байкова, д. 8, 195427, Санкт-Петербург.
РоссияВ. А. Конев
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России.
Email: fake@neicon.ru
Конев Владимир Александрович — канд. мед. наук, научный сотрудник экспериментального морфологического отделения.
Ул. Акад. Байкова, д. 8, 195427, Санкт-Петербург.
РоссияИ. В. Гофман
ФГБУН «Институт высокомолекулярных соединений» Российской Академии наук.
Email: fake@neicon.ru
Гофман Иосиф Владимирович — канд. хим. наук, старший научный сотрудник лаборатории механики полимеров и композиционных материалов.
П. М. Михайлова
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России.
Email: mihaylova_pm@mail.ru
Михайлова Полина Михайловна — младший научный сотрудник научного отделения нейроортопедии с костной онкологией.
Г. И. Нетылько
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России.
Email: fake@neicon.ru
Нетылько Георгий Иванович — д-р мед. наук, заведующий экспериментально-морфологическим отделением.
Ул. Акад. Байкова, д. 8, 195427, Санкт-Петербург.
РоссияА. В. Васильев
ФГБНУ «Медико-генетический научный центр».
Email: fake@neicon.ru
Васильев Андрей Вячеславович — канд. мед. наук, старший научный сотрудник лаборатории генетики стволовых клеток.
Ул. Москворечье, д. 1, 115522, Москва.
РоссияЛ. О. Анисимова
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России.
Email: fake@neicon.ru
Анисимова Лариса Осиповна — старший научный сотрудник экспериментально-морфологического отделения.
Ул. Акад. Байкова, д. 8, 195427, Санкт-Петербург.
РоссияС. С. Билык
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России.
Email: fake@neicon.ru
Билык Станислав Сергеевич — лаборант-исследователь научного отделения патологии тазобедренного сустава.
Ул. Акад. Байкова, д. 8, 195427, Санкт-Петербург.
РоссияСписок литературы
- Шубняков И.И., Тихилов Р.М., Николаев Н.С., Григоричева Л.Г., Овсянкин А.В., Черный А.Ж. и др. Эпидемиология первичного эндопротезирования тазобедренного сустава на основании данных регистра артропластики РНИИТО им. Р.Р. Вредена. Травматология и ортопедия России. 2017;23(2): 81-101. doi: 10.21823/2311-2905-2017-23-2-81-101.
- K urtz S., Mowat F., Ong K., Chan N., Lau E., Halpern M. Prevalence of primary and revision total hip and knee arthroplasty in the United States from 1990 through 2002. J Bone Joint Surg Am. 2005;87(7):1487-1497. D OI: 10.2106/JBJS.D.02441.
- K urtz S., Ong K., Lau E., Mowat F., Halpern M. Projections of primary and revision hip and knee arthroplasty in the United States from 2005 to 2030. J Bone Joint Surg Am. 2007;89(4):780-785. doi: 10.2106/JBJS.F.00222.
- Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Коваленко А.Н., Тотоев З.А., Лю Б., Билык С.С. Структура ранних ревизий эндопротезирования тазобедренного сустава. Травматология и ортопедия России. 2014;(2):5-13. doi: 10.21823/2311-2905-2014-0-2-5-13.
- Brown J.M., Mistry J.B., Cherian J.J., Elmallah R.K., Chughtai M., Harwin S.F., Mont M.A. Femoral component revision of total hip arthroplasty. Orthopedics. 2016;39(6):1129-1139. D OI: 10.3928/01477447-20160819-06.
- Huang C., Qin L., Yan W., Weng X., Huang X. Clinical evaluation following the use of mineralized collagen graft for bone defects in revision total hip arthroplasty. Regen Biomater. 2015;4(2):245-249. doi: 10.1093/rb/rbv022.
- Garcia-Cimbrelo E., Garcia-Rey E., Cruz-Pardos A. The extent of the bone defect affects the outcome of femoral reconstruction in revision surgery with impacted bone grafting: a five- to 17-year follow-up study. J Bone Joint Surg Br. 2011;93(11):1457-1464. D OI: 10.1302/0301-620X.93B11.27321.
- Алиев М.Д. Злокачественные опухоли костей. Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. 2010;(2):3-8.
- Антонов А.К., Цымбал М.В., Антонов Ю.К., Осипов А.В., Гречко А.Т. Металлополимерное эндопротезирование костей при первичных и вторичных опухолях опорно-двигательного аппарата у больных пожилого возраста. Клиническая геронтология. 2008;14(4):34-38.
- Han G., Wang Y., Bi W. Reconstruction using massive allografts after resection of extremity osteosarcomas the study design: A retrospective cohort study. Int J Surg. 2015;21:108-111. D OI: 10.1016/j.ijsu.2015.07.686.
- Gosal G.S., Boparai A., Makkar G.S. Long-term outcome of endoprosthetic replacement for proximal femur giant cell tumor. Niger J Surg. 2015;21(2):143-145. D OI: 10.4103/1117-6806.162583.
- Barut N., Anract P., Babinet A., Biau D. Periprosthetic fractures around tumor endoprostheses: a retrospective analysis of eighteen cases. Int Orthop. 2015;39(9):1851-1856. doi: 10.1007/s00264-015-2915-3.
- Карякин Н.Н., Горбатов Р.О. Прецизионные персонифицированные направители для эндопротезирования коленного сустава. Современные проблемы науки и образования. 2016;(5):23.
- Wong K.C., Kumta S.M., Geel N.V., Demol J. One-step reconstruction with a 3D-printed, biomechanically evaluated custom implant after complex pelvic tumor resection. Comput Aided Surg. 2015;20(1):14-23. D OI: 10.3109/10929088.2015.1076039.
- Сафина Н., Сафронова Т., Баринов С. Биокерамика в медицине. Стекло и керамика. 2007;(2):34-36.
- Чеканов А.С., Волошин В.П., Лекишвили М.В., Очкуренко А.А., Мартыненко Д.В. Реконструкция тазобедренного сустава деминерализованными аллоимплантатами при ревизионном эндопротезировании. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2015;(1):43-46.
- Chvapil M., Holusa R., Kliment K., Stoll M. Some chemical and biological characteristics of a new collagen-polymer compound material. J Biomed Muter Res. 1969;3(2):315-322.
- Donath K., Breuner G. A method for the study of undecalcified bones and teeth with attached soft tissues. The Säge-Schliff (sawing and grinding) technique. J Oral Pathol. 1982;11(4):318-326.
- Васильев А.В., Волков А.В., Большакова Г.Б., Гольдштейн Д.В. Характеристика неоостеогенеза на модели критического дефекта теменных костей крыс с помощью традиционной и трёхмерной морфометрии. Гены и клетки. 2014;4:121-127.
- Hayes J.S., Klöppel H., Wieling R., Sprecher C.M., Richards R.G. Influence of steel implant surface microtopography on soft and hard tissue integration. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2018;106(2):705-715. D OI: 10.1002/jbm.b.33878.
- van Dijk I.A., Beker A.F., Jellema W., Nazmi K., Wu G., Wismeijer D. et al. Histatin 1 enhances cell adhesion to titanium in an implant integration model. J Dent Res. 2017;96(4):430-436. doi: 10.1177/0022034516681761.
- Yamada M., Ueno T., Minamikawa H., Ikeda T., Nakagawa K., Ogawa T. Early-stage osseointegration capability of a submicrofeatured titanium surface created by microroughening and anodic oxidation. Clin Oral Implants Res. 2013;24(9):991-1001. D OI: 10.1111/j.1600-0501.2012.02507.x.
- Tsukimura N., Ueno T., Iwasa F., Minamikawa H., Sugita Y., Ishizaki K. et al. Bone integration capability of alkaliand heat-treated nanobimorphic Ti-15Mo-5Zr-3Al. Acta Biomater. 2011;7(12):4267-4277. D OI: 10.1016/j.actbio.2011.08.016.
- Ueno T., Tsukimura N., Yamada M., Ogawa T. Enhanced bone-integration capability of alkali- and heat-treated nanopolymorphic titanium in micro-to-nanoscale hierarchy. Biomaterials. 2011;32(30):7297-7308. D OI: 10.1016/j.biomaterials. 2011.06.033.
- Fradique R., Correia T.R., Miguel S.P., de Sá K.D., Figueira D.R., Mendonça A.G., Correia I.J. Production of new 3D scaffolds for bone tissue regeneration by rapid prototyping. J Mater Sci Mater Med. 2016;27(4):69. D OI: 10.1007/s10856-016-5681-x.
- Ries M.D., Cabalo A., Bozic K.J., Anderson M. Porous tantalum patellar augmentation: the importance of residual bone stock. Clin Orthop Relat Res. 2006;452: 166-170. doi: 10.1097/01.blo.0000229359.27491.9f.
- Kwong Y., Desai V.V. The use of a tantalum-based Augmentation Patella in patients with a previous patellectomy. Knee. 2008;15(2):91-94. D OI: 10.1016/j.knee.2008.01.001.
- Kumar N.S., Wilton T. Trabecular metal patella--is it really doomed to fail in the totally patellar — deficient knee? A case report of patellar reconstruction with a novel technique. Knee. 2014;21(3):779-783. D OI: 10.1016/j.knee.2014.02.006.
- Rieger E., Dupret-Bories A., Salou L., Metz-Boutigue M.H., Layrolle P., Debry C., Lavalle P., Vrana N.E. Controlled implant/soft tissue interaction by nanoscale surface modifications of 3D porous titanium implants. Nanoscale. 2015;7(21):9908-9918. doi: 10.1039/c5nr01237f.
- Радкевич А.А., Кузьменко И.И., Ходоренко В.И. Опыт использования сплавов на основе никелида титана в хирургии грыж передней брюшной стенки. Имплантаты с памятью формы. 2003;1-2:28-32.
- Сердюк В.В. Диагностика и лечение повреждений ахиллова сухожилия. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 1974;11:40-42.
- Ланшаков В.А., Гюнтер В.Э., Панов А.А., Панова А.С., Баховудинов А.Х. Хирургическое лечение разрывов ахиллова сухожилия с использованием сетчатых имплантатов из никелида титана. Сибирский медицинский журнал (Томск). 2008;3-2:38-41.
- Bobyn J.D., Wilson G.J., MacGregor D.C., Pilliar R.M., Weatherly G.C. Effect of pore size on the peel strength of attachment of fibrous tissue to porous-surfaced implants. J Biomed Mater Res. 1982;16(5):571-584.
- Reach J.S. Jr., Dickey I.D., Zobitz M.E., Adams J.E., Scully S.P., Lewallen D.G. Direct tendon attachment and healing to porous tantalum: anexperimental animal study. J Bone Joint Surg Am. 2007;89(5):1000-1009. D OI: 10.2106/JBJS.E.00886.
- Itälä A., Heijink A., Leerapun T., Reach J.S., An K.N., Lewallen D.G. Successful canine patellar tendon reattachment to porous tantalum. Clin Orthop Relat Res. 2007;463:202-207.
- Hacking S.A., Bobyn J.D., Toh K., Tanzer M., Krygier J.J. Fibrous tissue ingrowth and attachment to porous tantalum. J Biomed Mater Res. 2000;52(4):631-638.
- Wren T.A., Yerby S.A., Beaupre G.S., Carter D.R. Mechanical properties of the human achilles tendon. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2001;16(3):245-251.
- Inoue N., Ikeda K., Aro H.T., Frassica F.J., Sim F.H., Chao E.Y. Biologic tendon fixation to metallic impiant augmented with autogenous canceilous bone graft and bone marrow in a canine model. J Orthop Res. 2002;20:957-966.
Дополнительные файлы
