Експериментальне обґрунтування можливості застосування композитних матеріалів на основі хітозану та фосфатів кальцію для заміщення кісткових дефектів

Abstract

A number of chitosane/hydroxyl apatite composite materials were synthesized from aqueous solutions of a biopolymer and soluble salts-precursors. The composites were obtained in the dense and porous variants. The examinations conducted by the methods of X-ray diffraction analysis and infrared spectroscopy showed that apatite crystals in the composites had structural characteristics similar to those of biogenic apatite. Cylindrical rods, made of chitosane/hydroxyl apatite composite materials, were experimentally implanted into the tibial bone of linear laboratory rats in vivo. Histological and histomorphological studies for assessing osteoconductivity were performed 5, 10, 15 and 24 days after the implantation. The specimens were examined by the method of scanning electronic microscopy with X-ray microanalysis for comparing the elemental composition and morphological characteristics of the implant and bone during the integration. The results of the tests make it possible to conclude that chitosane/hydroxyl apatite composites are bioinert and biocompatible. The porous specimens also demonstrated satisfactory osteoconductive properties and were experimentally replaced in vivo by a newly formed bone tissue.

Проведен синтез ряда хитозан/гидроксилапатитных композитных материалов из водных растворов биополимера и растворимых солей-прекурсоров. Композитные материалы были получены в плотном и пористом вариантах. Проведенные исследования методами рентгенодифракционного анализа и ИК-спектроскопии показали, что кристаллы апатита в композитах обладают структурными характеристиками, близкими к характеристикам биогенного апатита. В экспериментах in vivo в большеберцовую кость линейных лабораторных крыс имплантировали цилиндрические стержни, изготовленные из хитозан/апатитных композитных материалов. На 5, 10, 15 и 24 сутки после имплантации проводили гистологические и гистоморфологические исследования для оценки остеокондуктивности. Образцы исследовали методом растровой электронной микроскопии с рентгеновским микроанализом для сравнения элементного состава и морфологических характеристик имплантата и кости в течение интеграции. По результатам тестов можно заключить, что хитозан/гидроксилапатитные материалы являются биоинертными и биосовместимыми. Пористые образцы показали также удовлетворительные остеокондуктивные свойства, будучи замещены в экспериментах in vivo новосформированной костной тканью.

Проведено синтез ряду хітозан/гідроксилапа-титних композитних матеріалів з водних розчинів біополімеру та розчинних солей-прекурсорів. Композитні матеріали було одержано у щільному та пористому варіантах. Проведені дослідження методом рентгенодифракційного аналізу та ІЧ-спектроскопії показали, що кристали апатиту в композитах мають структурні характеристики, близькі до характеристик біогенного апатиту. В експериментах in vivo у великогомілкову кістку лінійних лабораторних щурів імплантували циліндричні стержні, виготовлені з хітозан/апатитних композитних матеріалів. На 5, 10, 15 та 24 добу після імплантації проводили гістологічні та гістоморфологічні дослідження для оцінки остеокондуктивності. Зразки досліджували методом растрової електронної мікроскопії з рентгенівським мікроаналізом для порівняння елементного складу та морфологічних характеристик імплантата й кістки впродовж інтеграції. За результатами тестів можна зробити висновок, що хітозан/гідроксилапатитні матеріали є біоінертними та біосумісними. Пористі зразки показали також задовільні остеокондуктивні властивості, оскільки були заміщені в експериментах in vivo новоутвореною кістковою тканиною.