Исследование челюстных имплантатов с различными ячеистыми структурами для определения тех из них, которые лучше всего помогают быстрому образованию новой костной ткани, провела команда в составе ученых из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), Пермского государственного медицинского университета (ПГМУ) им. академика Е. А. Вагнера и Донского государственного технического университета (ДГТУ), 18 октября сообщает пресс-служба ПНИПУ.

Челюстно-лицевые дефекты могут возникать из-за образования кист, переломов или рака и нуждаются в протезировании. Такой имплантат должен прижиться в организме, не отторгаясь. Кроме того, необходимо, чтобы он помогал образованию новых клеток костной ткани (остеоинтеграции).

Чтобы добиться этого, имплантат должен иметь ячеистую структуру, через пустые ячейки которой будет прорастать костная ткань. Решетка такой структуры может иметь разный вид и размер. При этом выбор наиболее подходящей структуры очень важен как для хирурга, так и для пациента.

Статья «Влияние структуры челюстных имплантатов на основе пористого титана на механизмы остеоинтеграции» (Influence of porous titanium-based jaw implant structure on osseointegration mechanisms) с описанием проведенных командой ученых экспериментов была опубликована в журнале Mechanical Behavior of Biomedical Materials, том 106, 2024.

Пористые имплантаты на основе титана с решетчатой структурой широко используются в хирургии. При этом диаметр ячеек в решетке бывает разным, а от него зависят и скорость приживления, и прочность такого протеза. Чтобы определить их оптимальные размеры, ученые провели эксперимент in vivo (на лабораторных животных).

Аддитивным методом они изготовили три вида имплантатов с диаметром ячеек 1, 2 и 3 мм и имплантировали их белым крысам и морским свинкам, которым искусственно были созданы дефекты нижней челюсти — всего 82 лабораторных животных. Их разделили на три группы, которые исследовали через 2 недели, 4 и 9 месяцев после имплантации. По окончании эксперимента были изучены новообразованные ткани в ячейках имплантата и степень сцепления с ним кости.

Было установлено, что через 2 недели после имплантации шло активное прорастание ткани: поверхность протеза покрылась утолщенной надкостницей (внешняя оболочка кости), а в ячейках возник тонкий слой соединительной ткани, которая далее должна преобразоваться в костную ткань. Однако сцепление новой ткани с имплантатом было слабым.

Исследование, проведенное через 4 месяца, показало более активное срастание кости с имплантатом: в ячейках образовалась однородная костная ткань. Было отмечено, что эти процессы быстрее происходили в протезах с диаметром ячейки 3 мм. Внутренние и наружные участки оказались заполненными грубоволокнистой, пластичной и соединительной тканью с крупными сосудами, рассказал доцент кафедры челюстно-лицевой хирургии ПГМУ, кандидат медицинских наук Владимир Василюк.

Через 9 месяцев ученые обнаружили на имплантате утолщенную надкостницу. В ячейках диаметром 1 мм в фиброзной ткани образовались отдельные участки пластинчатой костной, а ячейки 2 и 3 мм уже полностью были заполнены костной тканью. Причем наблюдалось увеличение объема костных пластинок, образование кровеносных сосудов и клеток крови, а кость так плотно срослась с имплантатом, что для отделения их друг от друга в 68% случаев пришлось воспользоваться пилой.

Доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения», ведущий научный сотрудник лаборатории биожидкостей ПНИПУ, кандидат технических наук Полина Килина уточнила:

«Результаты исследования демонстрируют, что процессы формирования ткани внутри импланта начинаются уже через две 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)».

Эксперимент позволил команде исследователей установить, какие структуры челюстных имплантатов помогают более быстрому образованию новой костной ткани в зависимости от сложности дефекта челюсти. Так, для замещения полостей после удаления околокорневых кист лучше подходят протезы с ячейками 3 мм, а полные и частичные дефекты лучше устранять с помощью имплантатов с ячейками 2–3 мм.

Полученные результаты станут основой при переходе к клиническим испытаниям имплантатов на основе пористого титана на людях.