Челюстно-лицевые дефекты, которые возникают из-за кист, переломов и рака, нуждаются в протезировании. При этом имплант должен прижиться и не вызывать отторжения, а еще важно, чтобы он помогал образовываться новым тканевым клеткам. Для этого используют челюстные импланты с ячеистой структурой, которая способствует ускоренному прорастанию костной ткани через пустые ячейки. Решетка может иметь разный вид и размер, а выбор наиболее подходящей модели — ключевой вопрос для хирурга и пациента. Ученые Пермского Политеха, ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера и ДГТУ провели эксперимент и выяснили, какая структура имплантов лучше всего помогает быстрому образованию новой костной ткани.
Статья опубликована в журнале Mechanical Behavior of Biomedical Materials, том 106, 2024. Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 23-79-01284.
В хирургии активно используют пористые импланты на основе титана с решетчатой структурой. Диаметр ячеек в решетке бывает разным, и от него зависят скорость приживления и прочность протеза. Для выяснения наиболее подходящих размеров его структуры ученые провели эксперимент in vivo — на лабораторных животных.
С помощью технологии аддитивного производства они изготовили 3 вида имплантов с диаметром ячеек 1, 2 и 3 мм. Затем протезы имплантировались белым крысам и морским свинкам с искусственно созданными дефектами нижней челюсти. Выборка состояла из 82-х лабораторных животных. Их разделили на 3 группы: находящиеся под наблюдением 2 недели, 4 и 9 месяцев. По окончании эксперимента исследователи получали возможность изучить новообразованные ткани в ячейках импланта и степень сцепления кости с протезом.
Активное прорастание ткани обнаруживается уже через 2 недели после имплантации. Поверхность протеза покрывается утолщенной надкостницей (внешняя оболочка кости), а в ячейках появляется тонкий слой соединительной ткани, из которой в дальнейшем начнет образовываться костная. Степень сцепления новой ткани с имплантом остается слабой.
— Через 4 месяца кость начинает активнее срастаться с имплантом, в ячейках уже образуется однородная костная ткань. Причем быстрее эти процессы происходили в протезах с диаметром ячейки 3 мм: стойки и наружные участки заполнены грубоволокнистой, пластичной и соединительной тканью с крупными сосудами, — объясняет Владимир Василюк, доцент кафедры челюстно-лицевой хирургии ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера, кандидат медицинских наук.
Через 9 месяцев на импланте обнаруживается уже утолщенная надкостница. Ячейки диаметром 1 мм заросли фиброзной тканью с отдельными участками пластинчатой костной, а ячейки 2-3 мм уже полностью заполнены ею. Наблюдалось также увеличение объема костных пластинок, образование кровеносных сосудов и клеток крови. Кость настолько плотно срасталась с имплантом, что в 68% случаев отделить их друг от друга возможно было только распиливанием.
— Результаты исследования демонстрируют, что процессы формирования ткани внутри импланта начинаются уже через 2 недели после вживления, а активная фаза наступает на 4-9 месяцы. Образование новой ткани происходит быстрее в ячейках, которые имеют увеличенные размеры в 2-3 мм — так скорость приживления протеза сокращается в 3 раза (по сравнению с диаметром ячейки в 1 мм), — рассказывает Полина Килина, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения», ведущий научный сотрудник лаборатории биожидкостей ПНИПУ, кандидат технических наук.
Совместное исследование ученых Пермского Политеха, ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера и ДГТУ позволило определить, какие структуры челюстных имплантов лучше всего помогают быстрому образованию новой костной ткани в зависимости от сложности дефекта челюсти. Например, протезы с ячейками 3 мм подходят для замещения полостей после удаления околокорневых кист, а для полных и частичных дефектов подойдут импланты с размером 2-3 мм. Результаты служат основой для перехода к клиническим испытаниям на людях.
