Регенерація кістки після імплантації цементів на основі метастабільного трикальційфосфату (експериментальне дослідження in vivo)

Abstract

Calcium phosphatCalcium phosphate cement (CPC) is a material used to fill bone defects. Its advantages include being able to fill irregularly shaped spaces, its similarity to bone tissue, and ease of biodegradation. However, insufficient durability and unpredictable rate of resorption limit CPC use. Objective. Study the dynamics of morphological changes in rat femurs after implanting two types of CPC based on metastable αʹ‒tricalcium phosphate(αʹ‒TCP) into defects in the distal metaphysis. Methods. 42 male white rats were used in the study. In each rat, defects were created in the distal metaphysis of the left femur and filled with one of the two types of CPC. The animals were split into two groups: І (n = 21) — CPC based on αʹ‒TCP powder; ІІ (n = 21) — CPС based on αʹ‒TCP powder reinforced with hydroxyapatite (HA) whiskers (4 % mass). Both varieties of CPC were developed and prepared at the Department of Solid-State Physics at the V. N. Karazin Kharkiv National University (Ukraine). 14, 30, and 60 days after the surgery, the animals were sacrificed, and histological analyses were performed. Results. For both types of CPC, inflammation was not observed in the region around the implant at 14, 30, or at 60 days. Bone tissue formed on the surface of the materials. The stages of bone repair were similar to the known stages of bone repair. As a result of the resorption of the CPC, 60 days after surgery the CPC comprised 26.83 % of the area of the defect in group I and 29.93 % in group II. The rest of the area was composed of lamellar bone. The two groups did not differ significantly in rate of CPC resorption or bone tissue formation. Conclusions. The two types of CPC studied, based on αʹ‒TCP (group I) and αʹ‒TCP reinforced with HA whiskers (group II), are biocompatible, osteoconductive, and osteoinductive. In addition, these materials are biodegradable and, with time, are replaced by bone tissue.

Кальцій-фосфатні цементи (КФЦ) є перспективним матеріалом для заповнення дефектів кісток завдяки рідкому стану, який дає змогу заповнювати порожнини неправильної конфігурації, та спорідненості з кістковою тканиною й здатністю до біорезорбції. Проте недостатня міцність і непрогнозована біодеградація обмежують їхнє використання. Мета. Дослідити динаміку морфологічних змін стегнових кісток щурів після імплантації в дефект у дистальному метафізі двох видів цементів на основі метастабільного αʹ‒трикальційфосфату (αʹ‒ТКФ). Методи. У дослідженні використано 42 самці білих лабораторних щурів, яким моделювали дефект у дистальному метафізі лівої стегнової кістки і заповнювали одним із двох видів цементів. Залежно від цього т варин р озподілили н а г рупи: І (n = 21) — т вердою фазою КФЦ був порошок α′-TКФ; ІІ (n = 21) — порошок α′-TКФ, зміцнений голчастими кристалами гідроксилапатиту (ГА) (4 мас%). Обидва КФЦ розроблені та виготовлені на кафедрі фізики твердого тіла фізичного факультету Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна (Україна). Через 14, 30 і 60 діб після операції тварин виведено з експерименту та виконано гістологічні дослідження. Результати. Запальної реакції навколо обох видів КФЦ не зафіксовано на всі терміни спостереження. Кісткова тканина утворювалася безпосередньо на поверхні матеріалів, остеорепарація перебігала відповідно до загальновідомих стадій. Унаслідок резорбції КФЦ через 60 діб після введення в ділянці дефекту залишилось 26,83 % (група І) і 29,93 % (ІІ) кераміки, решту території займала кісткова тканина пластинчастої структури. Не встановлено відмінностей між групами за швидкістю біодеградації чи утворення кісткової тканини. Висновки. Досліджувані КФЦ, тверда фаза яких складається з α′-TКФ або α′-TКФ, армованого голчастими кристалами ГА, є біосумісними, мають остеоіндукутивні й остеокондуктивні якості. Матеріали є біорезорбтивними — поступово заміщуються кістковою тканиною.