Гістологічна структура стегнових кісток щурів за умов пластики дефектів у дистальному метафізі 3D-друкованими імплантатами на основі полілактиду та трикальційфосфату в поєднанні з мезенхімальними стромальними клітинами

Abstract

Polylactide (PLA) frameworks printed on a 3D printer are used for filling the bone defects. The osteotropic properties of 3D-PLA can be improved by combining with tricalcium phosphate (TCP) and mesenchymal stromal cells (MSCs). Objective. Study the reconstruction in the rat femurs after implanting 3D-printed implants based on PLA and TCP (3D-I) in combination with cultured allogeneic MSCs into defects in the distal metaphysis. Methods. 48 white laboratory rats (age 5–6 months) were used, which were randomly divided into groups: Control — 3D-I; Experiment-I — 3D-I, saturated MSCs; Experiment II — 3D-I, with injection of 0.1‒0.2 ml of medium with MSCs into the area of surgical intervention 7 days after implantation. 15, 30 and 90 days after the operation, histological (with histomorphometry) studies were conducted. Results. The area of 3D-I decreased with time in all groups and connective and bone tissues formed in different ratios. 15 days after the surgery, in the Experiment-I group, the area of the connective tissue was 1.9 and 1.6 times greater (p<0.001) in comparison to the Control and Experiment II; 30 days it was greater 1.6 times (p < 0.001) and 1.4 times (p=0.001), respectively. 30 days after the surgery, the area of newly formed bone in the Experiment-I group was 2.2 times (p < 0.001) less than in the Control. On the contrary, in the Experiment-II, the area of newly formed bone was 1.5 and 3.3 times greater (p < 0.001) compared to Experiment-I and Control, respectively. Conclusions. The studied 3D-I with time after their implantation into the metaphyseal defects of the rats’ femurs are replaced by connective and bone tissues. The use of 3D-I, saturated MSCs, 15 and 30 days after the surgery, caused excessive formation of connective tissue and slower bone formation. Local injection of MSCs 7 days after the implantation of 3D-I caused to the formation of a larger area of newly bone 30th day after surgery compared to 3D-I alone and 3D-I with MSCs.

Для заміщення дефектів кісток використовують надруковані на 3D-принтері каркаси з полілактиду (polylactide, PLA). Їхні остеотропні властивості можна покращити шляхом комбінації з трикальційфосфатом (ТКФ) та мезенхімальними стромальними клітинами (МСК). Мета. Дослідити перебудову стегнової кістки щурів після імплантації в дірчастий метафізарний дефект 3D-друкованих імплантатів на основі PLA та ТКФ (3D-I) в поєднанні з культивованими алогенними МСК. Методи. Використано 48 білих лабораторних щурів (вік 5–6 міс.), яких у випадковий спосіб розподілили на групи: Контроль — 3D-I; Дослід І — 3D-I, насичений МСК; Дослід ІІ — 3D-I з ін’єкційним введенням 0,1‒0,2 мл середовища з МСК у ділянку хірургічного втручання через 7 діб після імплантації. Через 15, 30 і 90 діб після операції виконано гістологічні (з гістоморфометрією) дослідження. Результати. Відносна площа 3D-I протягом експерименту зменшувалася в усіх групах з утворенням сполучної та кісткової тканин у різних співвідношеннях. У групі Дослід-І через 15 діб після операції відносна площа сполучної тканини виявилася більшою в 1,9 і 1,6 разу (р < 0,001) порівняно з величинами в групах Контроль і Дослід ІІ відповідно; через 30 діб — в 1,6 разу (р < 0,001) і в 1,4 разу (р = 0,001) відповідно. На 30-ту добу в групі Дослід-І площа кісткової тканини була в 2,2 разу (р < 0,001) меншою порівняно з Контролем, а в групі Дослід-ІІ, навпаки, — більшою в 1,5 і 3,3 разу (р < 0,001) порівняно з Дослід-І і Контроль відповідно. Висновки. Досліджені 3D-І з плином часу після їхнього встановлення в метафізарних дефектах стегнових кісток щурів заміщуються сполучною та кістковою тканинами. Використання 3D-І, насиченого МСК, призводить до утворення більших обсягів сполучної тканини на 15 та 30-ту доби й уповільнення кісткоутворення. Локальне введення МСК через 7 діб після встановлення 3D-І сприяло утворенню більшого обсягу кісткової тканини на 30-ту добу після операції порівняно з 3D-I самостійно та 3D-I одночасно з МСК.