Регенерація та механічна міцність кістки в умовах імплантації вуглецевого матеріалу

Abstract

Objective: to study the regeneration of bone in the area of im­plantation of synthetic and felt-like dense carbon biomateri­als and assess the strength of the femur quality with implant­ed biomaterials. Methods: experiments performed in 36 white rats. Thick felt-like carbon and synthetic viscose biomaterial «Karbopon-22» implanted into transcortical perforated defect (3 × 3 mm) in metaphysis of the distal femur in rats. In con­trol animals bone defect was not filled. Rats were euthanized on 14 and 45-th day. A histological study of material using topop­tic techniques and biomechanical tests to evaluate axial load strength properties operated and contralateral femur has been performed. Results: it is revealed bone formation around the implanted material, which increased the area of the observa­tion period. Mineralized bone matrix based on collagen I type around the dense carbon formed. In the case of felt-like car­bon spongy bone formed after 14 days, bone trabecular which are collagen type I, and after 45 days its fragments were buried in the fledgling bone with no signs of bone destruction. There is no evidence of inflammation, toxic effect in the surrounding bone and violation of reparative osteogenesis after the implan­tation of carbon material into «critical» size bone defect. It is determined that the load results in destruction of the bone af­ter dense carbon material implantation by more than 1.8 times compared to the control and by 1.6 times compared with felt-like carbon implantation. Conclusions: felt-like carbon can be rec­ommended to fill «critical» bone defects in unloaded areas and dense in loaded and unloaded areas.Цель: изучить регенерацию кости в области имплантации синтетического плотного и войлокоподобного углеродного биоматериала, а также оценить прочностные качества бедренной кости с имплантированным биоматериалом. Методы: эксперименты выполнены на 36 белых крысах. Плотный и войлокоподобный углеродный синтетический биоматериал марки «Карбопон-22» на основе вискозы имплантировали в транскортикальний дырчатый дефект (3 × 3 мм) в метафизе дистального отдела бедренной кости крыс. У контрольных животных костный дефект не заполняли. Крыс выводили из эксперимента на 14 и 45-й день. Проведены гистологические исследования материала с использованием топо-оптических методик и биомеханические тесты на осевую нагрузку для оценки прочностных свойств оперированных и контралатеральных бедренных костей. Результаты: вокруг имплантированного материала обнаружено формирование костной ткани, площадь которой увеличивалась со сроком наблюдения. Вокруг плотного углерода образовывалась костная ткань с минерализированным матриксом на основе коллагена I типа. При использовании войлокоподобного углерода через 14 дней формировалась губчатая костная ткань, костные трабекулы которой представлены коллагеном I типа, а через 45 суток его фрагменты были замурованы в новообразованной костной ткани без признаков деструкции кости. После имплантации углеродного материала в костный дефект «критического» размера не обнаружено признаков воспаления, токсического действия на прилежащую костную ткань и нарушения репаративного остеогенеза. Определено, что нагрузка, которая приводит к разрушению кости, после имплантации плотного углеродного материала больше в 1,8 раза по сравнению с контролем и в 1,6 раза по сравнению с имплантацией войлокоподобного углерода. Выводы: войлокоподобный углерод можно рекомендовать для заполнения «критических» костных дефектов в ненагружаемых участках, а плотный — и в нагружаемых, и в ненагружаемых.Мета: вивчити регенерацію кістки в ділянці імплантації синтетичного щільного і повстиноподібного вуглецевого біоматеріалу, а також оцінити міцнісні якості стегнової кістки з імплантованим біоматеріалом. Методи: експерименти виконані на 36 білих щурах. Щільний і повстиноподібний вуглецевий синтетичний біоматеріал марки «Карбопон-22» на основі віскози імплантували в транскортикальний дірчастий дефект (3 × 3 мм) у метафізі дистального відділу стегнової кістки щурів. У контрольних тварин кістковий дефект не заповнювали. Щурів виводили з експерименту на 14 та 45-у добу. Проведено гістологічні дослідження матеріалу з використанням топо-оптичних методик та біомеханічні тести на осьове навантаження для оцінювання міцнісних властивостей оперованих і контралатеральних стегнових кісток. Результати: навколо імплантованого матеріалу виявлено формування кісткової тканини, площа якої збільшувалася з терміном спостереження. Навколо щільного вуглецю утворювалася кісткова тканина з мінералізованим матриксом на основі колагену І типу. У разі використання повстиноподібного вуглецю через 14 діб формувалася губчаста кісткова тканина, кісткові трабекули якої представлені колагеном І типу, а через 45 діб його фрагменти були замуровані в новоутвореній кістковій тканині без ознак деструкції кістки. Після імплантації вуглецевого матеріалу в кістковий дефект «критичного» розміру не виявлено ознак запалення, токсичної дії на прилеглу кісткову тканину і порушення репаративного остеогенезу. Визначено, що навантаження, яке призводить до руйнування кістки, після імплантації щільного вуглецевого матеріалу більше в 1,8 раза порівняно з контролем і в 1,6 раза порівняно з імплантацією повстиноподібного вуглецю. Висновки: повстиноподібний вуглець можна рекомендувати для заповнення «критичних» кісткових дефектів у ненавантажуваних ділянках, а щільний — і в навантажуваних, і в ненавантажуваних.