Автореферат и диссертация по медицине (14.00.21) на тему:Разработка и экспериментальное изучение композиций пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилепа и гидроксиапатита для костной пластики в челюстно-лицевой хирургии

СВИРКО Елена Вячеславовна УДК: 616.716.8+089-092.9:615.462

РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИЙ ПОРИСТОГО СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА И ГИДРОКСИАПАТИТА ДЛЯ КОСТНОЙ ПЛАСТИКИ В ЧЕЛЮСТНО-ЛИЦЕВОЙ ХИРУРГИИ

14.00.21 - «Стоматология»

14.00.16 - « Патологическая физиология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва-2002

Работа выполнена в Московском государственном медико-стоматологическом университете МЗ РФ

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

Заслуженный деятель науки России,

Доктор медицинских наук, профессор А.И.Воложин

Доктор медицинских наук, профессор

М.Ш.Мустафаев

Научный консультант:

Доктор химических наук, профессор А.П.Краснов

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, профессор М.Г.Панин Доктор медицинских наук, профессор В.И.Гунько

Ведущее учреждение: Центральный НИИ стоматологии МЗ РФ

Защита состоится « ^(р » 2002 г в У У

>0О часов

На заседании диссертационного совета Д 208.041.03 в Московском государственном медико-стоматологическом университете МЗ РФ

Адрес: 103 066, г.Москва, ул.Долгоруковская,д.4

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГСМУ по адресу: ул. Вучетича, д.10а.

Автореферат разослан « » 2002г

Ученый секретарь диссертационного

Совета, к.м.н. доцент Н.В.Шарагин

^ С С С —

^ е- - /

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.

В мировой практике получения композиций биомедицинского назначения ведется непрерывный поиск материалов, из которых можно было бы изготовить пористые имплантаты для челюстно-лицевой хирургии. Доказано, что пористые, биосовместимые инородные тела, вводимые для замены участков кости в челюстно-лицевой хирургии обеспечивают более быструю и качественную приживаемость, поскольку живая ткань проникает в поры биостабильного имплантата. В связи с этим, даже на монолитных, сплошных имплантатах специально делаются сквозные отверстия, чтобы обеспечить их более прочную связь с основной костью. Для создания пористых имплантатов требуется решить три основные задачи: подобрать материал имплантата, в случае необходимости повышения его биосовместимости и разработать технологию получения пористых изделий.Исследования в этом направлении целесообразно проводить в ряду полимерных композиционных материалов. поскольку полимеры по комплексу показателей в большей степени приближаются к показателям живой кости, чем их основные конкуренты: металлы и керамики. Это, в первую очередь, касается таких показателей как плотность, а также ударная вязкость, биосовместямость.По отношению к живой ткани полимеры могут быть разделены на две группы: биостабильные, к которым относится большинство известных и про-мышленно освоенных полимеров (полиэтилен, полипропилен, полиэфиры и т.д.) и относительно небольшой класс биорезорбируемых полимеров (полилактиды, полигликолиды, их сополимеры, полилактоны и некоторые другие).

Среди биостабильных полимеров одним из основных объектов исследования с целью применения в челюстно-лицевой хирургии является полиэтилен. Исследования этого полимера, проводимые с начала 60-х годов Бовеном (1962) привели к разработке наполненного ГАП и модифицированного материала, перерабатываемого прессованием в монолитные изделия. Разработана технология получения плотного (непористого) полиэтилена который может быть использован в практической медицине (Воложин А.И. и др., 1999; Немерюк Д.А. и др., 2000; Агапов В.С. и др., 2000). Имеются и успешные попытки использования в челюстно-лицевой хирургии пористого пластичного материала из полиэтилена (Ооу/пеБ а! а1., 1991; Со1е11 гЛ. а1., 1992). Основным недостатком этого материала являются низкие механические свойства. Материал этого типа не обладает также остеошгеегративными и остеиндуктивными свойствами. В связи с этим актуальной является задача получения пористого биостабильного материала из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с очень высокой молекулярной массой (> 1млн.), что позволяет получать из него пористые заготовки.

Характеристикой пористости является доля объема пор в общем объеме тела. Полимерные пористые материалы делят по характеру образующихся пустот на два основных класса — материалы с системой открытых (сообщающихся) пустот и закрытых (изолированных) ячеек. В настоящее время в промышленных условиях используются несколько методов получения пористых материалов.

Наиболее безопасным путем получения биомедицинских материалов является методика спекания монолитных полимерных частиц и гранул. При получении пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) реализуется именно эта методика.

Особенностью частиц СВМПЭ, в связи с очень высокой молекулярной массой (> 1 млн.), при нагревании до температуры плавления кристаллитов (135-140°) является способность без перехода в вязко-текучее состояние "спекаться" в местах контакта, в результате диффузионных процессов, что определяет возможность получения из него пористого материала.В то же время отсутствие при переработке СВМПЭ состояния расплава осложняет получение наполненного пористого материала. Принципиальная схема получения пористых изделий из СВМПЭ включает стадию прессования порошка без нагревания при подаче давления, величина которого определяется размером требуемых пор. На второй стадии сформированное изделие подвергают спеканию при температурах 140-190°С. Полученные заготовки могут быть обработаны механическим путем до требуемых размеров. Технология получения такого композита окончательно не разработана, поэтому нет данных и его физико-механических, оссеоинтегративных и других биологических свойствах Получение такого материала и изучение его физико-механических и биологических свойств является актуальной проблемой стоматологии и патофизиологии стоматологических заболеваний.

Цель исследования: изучить свойства нового биостабильного композиционного материала - пористый сверхвысокомолекулярный по-лиэтилен-гидроксиапатит с использованием лабораторных и экспериментальных методов исследования и определить перспективность его использования в хирургической стоматологии.

Задачи исследования

1. Отработать лабораторную технологию получения пористого минералнаполненного СВМПЭ.

2. Оценить механические свойства ГАП-содержащего пористого СВМПЭ в зависимости от содержания в нем минерального наполнителя.

3. Определить характер связи между частицами ГАП и СВМПЭ в пористом материале.

4. Определить остеоинтегративные свойства пористого материала ГАП - СВМПЭ.

5. Экспериментально оценить общую реакцию организма на имплантацию пористого материала ГАП - СВМПЭ (токсичность, антигенные свойства).

6. Изучить в эксперименте реакцию костных и мягких тканей на имплантацию исследуемых биоматериалов.

Научная новизна и практическая ценность

Впервые разработан метод получения пористого модифицированного композита из СВМПЭ, наполненного ГАП, который обладает комплексом физико-механические свойств, необходимых для осуществления "точечного" адгезионного контакта между частицами. Впервые опытным путем определен размер исходных спекаемых гранул и проведены необходимые рецептурно-технологические исследования. Для повышения биосовместимости и остеоинтегративных свойств в материал введен гидроксиапатит и использованы различные способы его модификации. Материал, состоящий из модифицированных СВМПЭ и ГАП обладает высокой смачиваемостью, стабильностью и устойчивостью к кипячению.

Введение ГАП в СВМПЭ несколько снижает прочность композита, особенно после кипячения. Наиболее заметное снижение прочности композита происходит при его модификации путем введения ПАК. Впервые показано, что физико-механические показатели композита по-

вышаются при его комплексной модификации с помощью ПЛК и ПВП. Пористый композит обладает высокой биосовместимостью, о чем сви-детельстует развитие на имплантатах стромальных и кроветворных клеток, и процессы формирования нормального кроветворного микроокружения. Более интенсивное кроветворение происходит на композитах, содержащих гидроксиапатит.

Научной новизной отличаются данные по оценке процессов ос-теоинтеграции композиции пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена по сравнению с непористым полимером. Пористый полимер практически полностью обрастает полноценной зрелой костной тканью, которая к 4-му месяцу заполняет поры имплантата. Образованная при этом костная ткань подвергается нормальной перестройке, что говорит о жизнеспособности формирующейся кости в зоне имплантации пористого материала.

Практическое значение работы заключается в том, что впервые разработан пористый композиционный материал, состоящий из СВМПЭ в химической связи с ГАП и модифицированный с помощью ПАК и ПВП, которые существенно улучшили физико-механические свойства и повысили биосовместимость композита. Лабораторные испытания, исследования в помощью культуры костного мозга и оценка остеоинтегра-тивных свойств пористого композита позволяют, после дополнительных исследований, рекомендовать его в практику хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Серийное производство композита и изделий из него может осуществляться на отечественном оборудовании и не требует больших материальных затрат.

Апробация работы

Материал диссертации доложен на совместном заседании кафедры хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, хирур-

гической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ФГ1ДО, кафедры патологической физиологии стоматологического факультета МГМСУ 5 апреля 2002 г.

Внедрение полученных результатов

Результаты исследований и рекомендации по диссертации внедрены в научную работу кафедр хирургической стоматологии МГМСУ, в учебный процесс и научную работу кафедры патофизиологии МГМСУ. Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Материалы лабораторного исследования.

ПОЛИЭТИЛЕН (ПЭ)

Использовали ПЭ высокого давления марки П-

16803-070. Применяется в медицине (ГОСТ 16337-77). Полиэтилен обладает кристаллической структурой, аналогичной структуре нормальных парафинов.

СВЕРХ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЙ ПОЛИЭТИЛЕН(СВМПЭ)

Применяли СВМПЭ марки "Нозга1еп" (Германия), СВМПЭ линейный аполярный полимер (-СН2-СН2-). ГИДРОКСИАППАГИТ (ГАП) - порошок белого цвета. Использован синтетический ГАП (Гидроксиапол ГАП-85д), производства ЗАО "ПОЛИСТОМ" с размерами частиц около 3-5 мкм.

ПОЛИАКРИЛОВАЯ КИСЛОТА (ПАК) - бесцветный стеклообразный продукт, хрупкий и неплавкий, общей формулы (-СН2-СН-(СООН)-)п. Молекулярная масса зависит от условий полимеризации и может достигать значений 1*107

ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОН (ПВП) - аморфный полимер белого цвета линейного строения. В присутствии воды обладает гидрофильными свойствами.

Методы физико-механимчеких испытаний ИСПЫТАНИЕ НА ИЗГИБ. Испытания проводятся на приборе типа "Динстант" по ГОСТ 1 7036-71. Для изгиба определяли: предел прочности при изгибе в кгс/см2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ. Определение краевого угла смачивания (до и после кипячения) стандартной жидкости с известными значениями, проводили на инструментальном микроскопе типа МИИ-2 (малая модель) при увеличении 10х. В качестве стандартной жидкости была взята дистиллированной вода.

МЕТОД РЕНТГЕНО-ФОТОЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ (РФЭС) Образцы для исследования представляли собой

прямоугольные пластинки размером 20*6*2. Исследования проводились на приборе Х-800 фирмы "Кратос" с использованием 1уЦК- излучения.

ТВЕРДОСТЬ И ПЛОТНОСТЬ ОБРАЗЦОВ. Испытания на твердость образцов проводили на твердомере ТП-1. Твердость на нем определяется вдавливанием стального шарика диаметром 5,0 мм с постоянной скоростью деформации и статической нагрузкой. Суммарная глубина, на которую проникает индикатор в период деформации и статической выдержки, характеризует твердость испытуемого образца.Определение плотности проводили по изопропиловому спирту. Для этого предвари-

тельно взвешивали образцы на воздухе на аналитических весах, затем

их взвешивали на аналитических весах в изопропиловом спирте.

Материалы и методы лабораторных и экспериментальных

исследований

Методика применения длительных культур костного мозга Эксперименты выполнены с использованием костного мозга мышей-гибридов (СВА х С57В1) Р1 самцов массой 18-24 г. Костный мозг одной бедренной кости мышей без суспендирования помещали в 10 мл полной среды на основе среды Фишера. Культуры вели при температуре 33° С в пластиковых флаконах с еженедельной сменой половины культуральной среды. Через 3 недели культивирования, когда на дне флакона образовывался нормально функционирующий стромальный подслой, проводили изучение процессов кроветворения на имплантатах, помещенных в длительные культуры костного мозга. Исследовали 3 образца имплан-татов, изготовленных из композитных материалов на основе СВМПЭ: 1. исходный СВМПЭ, 2. Непористый СВМПЭ (70%) + ГАП (30%) и 3-пористый СВМПЭ + ГАП. На поверхность имплантатов наносили костный мозг- в концентрации 1,5x106 клеток на мл среды, а затем инкубировали в течение 30 минут при температуре 37° С. После инкубации им-плантаты переносили в культуральные флаконы, содержащие 3-недельные длительные культуры костного мозга, и помещали в термостат для дальнейшего культивирования. Через 7, 14, 21 и 28 суток культивирования из флаконов извлекали образцы имплантатов и проводили оценку количества клеток, а также исследовали морфологический состав клеток адгезирующего слоя. Под микроскопом в камере Горяева подсчитывали общее количество клеток костного мозга, снятых с имплантатов. Результаты выражали в количестве клеток на 1 см2 поверх-

ности имплантага. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью t-критерия Стьюдента.

Методика имплантации композитов в челюсть кроликам

Использованы 3 типа пластинок размером 0,8 х 1,5 см и толщиной 1,5 мм:. 1-й тип - чистый СВМПЭ, 2-й тип - композиция СВМПЭ и ГАП, 3-й тип - модифицированный композит СВМПЭ с химически связанным ГАП. В качестве экспериментальных животных использовано 18 половозрелых кроликов породы шиншилла весом около 3 кг. Под внутривенным гексеналовым наркозом у кроликов выстригали шерсть в области края и ветви нижней челюсти, делали разрез кожи, тупым путем обнажали угол и ветвь челюсти. В области угла челюсти с помощью фрезы, при малых оборотах с постоянным охлаждением физиологическим раствором, создавали дефект размером 10x10 мм. Дефект закрывали имплантатом, который фиксировали по краям к кости с помощью титановых шурупов длиной 7 мм и диаметром 1,5 мм через заранее приготовленные отверстия. Мягкие ткани укладывали на место, кожу ушивали шелком. Для профилактики послеоперационных осложнений кроликам вводили антибиотики внутримышечно в течение пяти дней. Рана заживала первичным натяжением.

Животных выводили из эксперимента путем введения воздуха в ушную вену через 1, 2 и 4 месяца после операции. Фрагменты нижней челюсти вместе с имплантатами фиксировали в 4% нейтрализованном растворе формальдегида. Материал изучали методом сканирующей электронной микроскопии.на микроскопе Philips SEM-515 (Голландия) при ускоряющем напряжении 15 lev.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Физико-механические свойства пористой композиции СВМПЭ/ГАП Влияние кипячения на плотность и смачивание пористого композита.

Для получения пористого композита со стабильными размерами материал каркаса также должен обладать высокой стабильностью размеров. В связи с этим было проведено определение плотности образцов до и после кипячения.Было установлено, что введение в композицию ПЭ+ГАП дополнительно СВМПЭ практически не отражается на плотности. Кипячение в течение 1 часа приводит лишь к незначительному повышению плотности образцов, что свидетельствует об их высокой стабильности.На рис. 1 приведены данные по временной зависимости краевого угла смачивания до и после кипячения образцов ПЭ-ГАП, ПЭ+СВМПЭ+ГАП, а так же наполненного ПЭ.

Время, ыин.

Ряд1 —В—РЯД2 - ¿¡,-РядЗ —X—Ряд4 Ряд5

Рис. 1. Влияние кипячения на краевой угол смачивания.

Ряд 1 - ПЭВД + ГАП (до кипячения); Ряд 2 - ПЭВД + ГАП (после кипячения); Ряд 3 - ПЭВД + СВМПЭ + ГАП (до кипячения); Ряд 4 -ПЭВД + СВМПЭ + ГАП (после кипячения); Ряд 5 - исх. ПЭВД.

Как видно, образцы до кипячения при первом измерении имеют высокий показатель краевого угла смачивания, но при продолжительном пребывании на поверхности (более 5 минут), значение краевого угла заметно понижается. Следует отметить, что образец, содержащий СВМПЭ, обладает лучшей смачиваемостью. Полученные результаты связаны, в основном, с двумя обстоятельствами. На поверхности образцов после исследования по данным РФЭС анализа имеется значительное количество кислорода, что улучшает растекание капли воды на поверхности. Вторым обстоятельством является влияние ГАП, большие количества которого в образце приводят к появлению эффекта «всасывания» капли в микропоры, появляющиеся в материале при введении ГАП. Резкое изменение угла наклона образцов может свидетельствовать также и о том, что в процессе кипячения происходит уменьшение микропористости образцов под влиянием температуры 100°С и среды. Происходит, вероятно, своеобразное "залечивание" микротрещин на поверхности. Исследование модификации материала для пористого композита

Целью модификации являлось в первую очередь улучшение смачиваемости поверхности водой, т.е. снижение краевого угла смачивания. Характер биосовместимости, смачивания имплантантов определяется, в основном,: химическим составом поверхности и ее строением. Химический состав поверхности проведен с помощью ренгенофотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) на двух образцах содержащих поливинилпирро-лидон и комплексный модификатор: ПВП и ПАК. В образце с ПАК об-

ращает на себя внимание относительно небольшое возрастание количества кислорода (с 7.4 до 8.3 % ат.), несмотря на введение в состав ПАК, содержащей в звене 2 атома кислорода. Наряду с этим, на поверхности полностью отсутствует кальций. Эта тенденция прослеживается и при обработке наполнителя ПВП. При комплексной обработке наполнителя (ПАК+ГАП), количество кислорода на поверхности вновь увеличивается до 12.8% ат. и кальций на поверхности отсутствует. Это связанно, вероятно, с образованием плотного молекулярного слоя на поверхности наполнителя, что затрудняет определение кальция. Полученные результаты свидетельствуют о том, что все модифицированные образцы имеют на поверхности больше окисленных структур, чем не модифицированные. Это приводит к более высокой поверхностной энергии, что обеспечивает лучшее смачивание.

Введение модификаторов резко снижают исходный краевой угол смачивания (КУС) композиции ПЭ+СВМПЭ+ГАП с 70° до 45°-40°. Характер изменения КУС от продолжительности контакта зависит от химического строения модификатора. Введение в образец ПВП приводит к усилению влияния продолжительности контакта, что может быть связано как с появлением кальция на поверхности, так и со значительным содержанием (1%) этого модификатора. При кипячении эти образцы резко повышают краевой угол смачивания, достигая меньшей величины по сравнению с не модифицированным образцом (80° и 95° соответственно).

Физико-механические свойства пористого композита.

Показано, что введение в композицию СВМПЭ несколько снижает прочность, особенно после кипячения. Наиболее заметное снижение прочности при модификации происходит при введении ПАК. Несколько более высокие результаты были при модификации ПВП, однако, и в

этом случае наблюдается заметное изменение прочности до и после кипячения. Наиболее высокие результаты были получены при модификации комплексным наполнителем (ПАК+ПВП). Особенно важным является стабильность показателя прочности до и после кипячения. Это свидетельствует об образовании в массе образца промежуточных слоев, обеспечивающих лучшее взаимодействие между полимером и наполнителем.

Прочность на изгиб наполненной композиции при введении комплексного модификатора сохраняет высокое значение исходного образца и превосходит его по прочности после операции кипячения.

Проведенное лабораторное исследование позволило осуществить оригинальную разработку пористого СВМПЭ, наполненного ГАП. В отличие от обычных пористых полиэтиленов, он имеет крупный размер пор (0,3-0,7 мм), содержит 20% наполнителя ГАП, обладает хорошими физико-механическими свойствами, резко улучшенной смачиваемостью (гидрофильностью) поверхности, повышенной адгезией полимера к наполнителю, не содержит компонентов, отрицательно влияющих на биосовместимость, а также свободных радикалов, обычно находящихся в пористых материалах подобного типа.

В результате лабораторной разработки оптимальные свойства обнаружены у материала на основе смеси из разрешенных к использованию в медицине полиэтиленов: полиэтилена и сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а также ГАП и модификаторов. Именно этот состав материала был использован в дальнейших исследованиях.

Сравнительное изучение свойств плотного и пористого композитов

из СВМПЭ/ГАП в длительных культурах костного мозга

В течение всего периода исследования на имплантатах происходили

процессы формирования нормального кроветворного микроокружения и отмечалось развитие стромальных и кроветворных клеток. При иссле-

довании интенсивности процессов кроветворения было отмечено, что с возрастанием времени культивирования общее число клеток увеличивалось на имплантатах, изготовленных из всех 3 образцов материала. Так,

<- 1 -

если через одну неделю культивирования оощее число клеток на I см имплантата из образцов СВМПЭ, плотного СВМПЭ + ГАП и пористого СВМПЭ + ГАП составляло 33,8 х 103, 58,5 х 103 и 70,9 х 103 клеток, то уже через 2 недели общее содержание клеток возрастало до 57,3 х Ю'\ 116,3 х 103 и 111,3 х 103 клеток, соответственно, а через 4 недели культивирования эти значения достигали соответственно 48,6 х 103 , 88,3 х 103 и 81,1 х 103 клеток. Изучение изменений морфологического состава клеток костного мозга, снятых с имплантатов, показало, что через 1 неделю культивирования большая часть клеток (80-90%) была представлена стромальными клетками. Среди них основную часть составляли ретикулярные клетки, и меньшая доля приходилась на фиб-робласты, фибробластоподобные клетки и макрофаги. Кроветворные клетки были представлены гранулоцитами различной степени зрелости. С возрастанием времени культивирования процентное содержание стромальных и кроветворных клеток изменялось не значительно. Установлено, что на имплантатах, содержащих 30% гидроксиапатита (плотный СВМПЭ + ГАП и пористый СВМПЭ + ГАП), лучше поддерживался гемопоэз по сравнению с имплантатами из исходного СВМПЭ, что проявлялось как по величине общего количества клеток, так и по содержанию стромальных клеток и числу молодых и зрелых гранулоци-тов. Причем различия по общему числу и количеству стромальных клеток отмечались на протяжении всего периода исследования в течение 4 недель. Различия по числу кроветворных клеток особенно ярко проявлялись через 28 суток культивирования (Рис. 2). Так, через 28 суток культивирования количество кроветворных клеток на имплантатах, со-

держащих гидроксиапатит, соответственно составляло 15,0 х и 13,8 х 103 клеток, при 4,9 х 103 клеток на 1 см2 имплантата из исходного СВМПЭ. Таким образом, проведенные эксперименты показали, что в длительных культурах костного мозга на имплантатах происходит развитие стромальных и кроветворных клеток, и идут процессы формирования нормального кроветворного микроокружения, обеспечивающего полноценное кроветворение. Более интенсивное кроветворение на имплантатах

7 14 21 28 суток

Плоти. Плот1| Пор.

□ СВМПЭ ПСВМПЭ+ГАП Ш СВМП+ГАП

Рис.2. Изменения количества кроветворных клеток на имплантатах, изготовленных из СВМПЭ. По оси абсцисс - время культивирования (сутки); по оси ординат - число кроветворных клеток х 10^ • - доеюверно при р< 0,05, по сравнению имя л антатам и из СВМПЭ.

из композитов содержащих гидроксиапатит, по сравнению с исходным СВМПЭ свидетельствует о лучшем развитии кроветворного микроокружения на этих материалах. Создание пористого композита, изготовленного на основе СВМПЭ и ГАП, не уменьшало, а даже увеличивала интенсивность процессов костномозгового кроветворения на импланта-тах. Па основании проведенных экспериментов можно сделать заключение, что длительные культуры костного мозга являются адекватной моделью для изучения свойств композиционных материалов, применяемых в ост еопластике.

Результаты экспериментальных исследований ос-

теоинтегративных свойств пористой композиции

СВМПЭ/ГАП

Остеоинтегративные свойства непористой композиции СВМПЭ

Через 1 месяц после имплантации непористой композиции СВМПЭ и ГАП были заметны небольшие участки нарастания кости с краев имплантата. Образующаяся костная ткань редко достигает титановых шурупов и имеет грубоволокнистое строение. Отдельные небольшие участки костных структур лишь иногда имеют прямой контакт наростов и с шурупами и с имплантатами. Прободающие волокна определяются по периметру участков контакта. По периметру участков контакта чаще выявляются костные поверхности, имеющие формирующийся или сформированный рельеф, а эрозионные лакуны встречаются редко, что свидетельствует об определенной стабильности зоны контакта. Если нет прямого контакта костных структур с имплантатами, то на поверхности трабекул выявляется много участков, содержащих прободающие волокна, что свидетельствует об образовании в этой зоне рыхлой соединительной ткани.

Значительное количество участков прямого контакта костных структур с пластмассой выявляется в местах выхода ГАИ на поверхность имплантатов. Частичное разрушение трабекул при удалении им-нлантатов из костного ложа свидетельствует о прочности соединения костных структур с ГАП-содержащими участками поверхности пластмассы. -

Через 2 месяца эксперимента увеличивается число участков, в которых новообразованная кость нарастает на торцевые поверхности имплантатов, образуя плоские наросты и мелкие участки контактов с пластмассой. Строение и рельеф поверхности наростов с многочисленными прободающими волокнами свидетельствует о том, что щель между имплантатами и костными структурами выполнена соединительной тканью.По сравнению с предыдущим сроком наблюдения на внутренней поверхности нижней челюсти и в ее более глубоких отделах увеличивается число участков непосредственного контакта костных структур с поверхностью шурупов. По периметру участков контакта чаще выявляются эрозионные лакуны. Места прямого контакта костных структур с пластмассой также образованы костными трабекулами, связанными с участками расположения ГАП.

Существенных различий в процессах остеоинтеграции между сроками 2 и 4 месяца не обнаружено. Выявлены наросты грубоволокнистой кости на поверхности имплантатов, а также участки прямого контакта костных структур с пластмассой. Эти участки контакта имеют небольшую площадь и, как правило, по периметру окружены участками резорбции кости (рис.3). Костные трабекулы на поверхности имплантатов в основном связаны с зонами, где ГАП распологается на поверхности имплантата.

Рис.3. Участок непосредственного контакта (х) костных структур с имплантатом из СВМПЭ с ГАП на его внутренней поверхности. 4 месяца. СЭМ. Ув.203.

Композиция пористого СВМПЭ

Сравнение процессов остеоинтеграции пористой композиции СВМПЭ, химически связанного с ГАП, показало существенное различие по сравнению с непористым полимером. Так, уже через 1 месяц после начала эксперимента определяются более значительные, чем в предыдущей группе, участки нарастания кости на торцевые поверхности имплантатов, а также более значительные по размеру наросты на их наружной поверхностью. За такой короткий срок эксперимента образующаяся костная ткань имеет грубоволокнистое строение. Определяются пока еще небольшие по площади участки прямого контакта костных структур с поверхностью имплантатов. Эти структуры нередко подвергается резорбции, что свидетельствует об их перестройке с образованием более зрелой кости. В этот срок наблюдения не выявлено врастания костных трабекул в поры имплантата. На внутренней поверхности нижней челюсти и на ее сколах выявлены участки непосредственного контакта костных структур с поверхностью титановых шурупов. Их количе-

ство и размеры несколько больше, чем при использовании непористого СВМПЭ, содержащего ГАП.

В области примыкания ложа имплантатов с челюстью выявлены участки прямого контакта костных структур с пластмассой. На контактирующей поверхности отчетливо определяются костные лакуны и костные канальцы. По периметру участков контакта чаще выявляются резорби-рующиеся костные поверхности, а формирующиеся или сформированные поверхности образуют небольшие по протяженности области.

Через 2 месяца определяются более значительные участки нарастания кости на поверхности имплантатов, чем в предыдущий срок наблюдения и в аналогичный срок 1-й серии опытов, где использовался непористый композит. В этот период наблюдается врастание костных трабекул в поры композитного материала: Размеры этих пор достаточны для образования самих трабекул и, по-видимому, для их нейротрофиче-ского обеспечения сосудистыми и нервными структурами. Поверхность ложа имплантатов, прилежащая к нижней челюсти, имеет большое количество участков прямого контакта с композитом.

Наиболее значительные остеоинтегративные процессы происходили через 4 месяца эксперимента. В этот период определяются значительные участки нарастания кости на торцевые поверхности имплантатов, а также более крупные наросты на их наружную поверхность. На внутренней поверхности наростов, как правило, обнаруживаются многочисленные прободающие волокна. Выявляются многочисленные участки прямого контакта кости с поверхностью имплантатов единичны. Фрагменты кости врастают в поры и неровности рельфа торцевых поверхностей имплантатов (рис.4). Эти новообразованные структуры, как правило, подвергаются резорбции, о чем свидетельствуют эрозионные лакуны на их поверхности. Резорбция является фазой перестройки

костной ткани, и свидетельствует о жизнеспособности образующейся кости в зоне имплантации пористого материала.Не только в порах, но и на костной поверхности в непосредственной близости от шурупов выявляются участки прямого контакта новообразованных структур с им-плантатами. В этих участках также выявляются резорбирующиеся костные поверхности. Поры композита в значительной части заполнены костными трабекулами нормального строения.

Рис.4. Врастающие в поры поверхности имплантата из СВМПЭ с ГАП (и) костные структуры (х). 4 месяца. СЭМ. Ув.503.

Таким образом, проведенное исследование показало, что признаки костно-фиброзной интеграции имплантатов зарегистрированы при использовании обоих композиций СВМПЭ/ГАП. Интегра-тивные свойства имплантатов значительно усиливались, если был использован пористый композитный материал. Особенно важным является то обстоятельство, что именно костный, а не фиброзный компонент интеграции более выражен при применении имплантатов из пористой композиции СВМПЭ с 30% ГАП, по сравнению с непористой композицией из композита того же состава.

ВЫВОДЫ

1. Пористый модифицированный композит из СВМПЭ, наполненный ГАП обладает комплексом физико-механических свойств, необходимых для "точечного" адгезионного контакта между частицами. Опытным путем определен размер спекаемых гранул СВМПЭ и проведены необходимые ре-цеп тур но-технологические исследования.

2. Математически определены требования к размер) гранул, необходимых для создания пористого каркаса с требуемым размером пор (200-5 00 мкм). Разработана лабораторная технология получения гранул необходимого размера, заключающаяся в пропускании расплава наполненного полиэтилена через специально изготовленные капилляры диаметром 0,5 мм с последующей резкой экструдата.

3. Введение 20% ГАП в состав композита усиливает его биосовместимость и остеоинтегративные свойства. Материал, состоящий из модифицированных СВМПЭ и ГАП, обладает более высокой смачиваемостью, стабильностью и устойчивостью при кипячении, чем «чистый» СВМПЭ или немо-дифицированный минералнаполнениый композит.

4. Физико-механические показатели (прочность на изгиб и сжатие) наполненного минералом композита увеличиваются при его комплексной модификации с помощью ПАК и ПВП.

5. Пористый композит из СВМПЭ не препятствует развитию на его поверхности стромальных и кроветворных клеток в костномозговой культуре декстеровского типа, а также процессам формирования нормального кроветворного микроокружения.

6. Более интенсивное кроветворение происходит на композитах, содержащих ГАП, по сравнению с исходным СВМПЭ. Кристаллы ГАП создают оптимальные условия для развития кроветворных клеток из клеток-предшественников костного мозга декстеровского типа.

7. Пористый СВМПЭ при имплантации в дефект нижней челюсти кролика быстрее, чем непористый, обрастает полноценной зрелой костной тканью, которая к 4-му месяцу заполняет поры им-плантата. Образованная при этом костная ткань подвергается нормальной перестройке.

Практические рекомендации

С целью получения пористых биосовместимых каркасов разработан конструкционный литьевой материал на базе биостабильных компонентов для имплан-татов в челюстно-лицевой хирургии. Определены его технологические и физико-механические показатели. Материал включает ПЭ высокого давления марки 168, сверхвысокомолекулярный полиэтилен марки 01Л1-4120, мелкодисперсный гидроксиапатит.

Определены необходимые технологические параметры получения и разработан лабораторный метод создания пористых каркасов путем спекания гранул наполненной композиции непосредственно в пресс-форме с кольцевым обогревом. Разработанный метод получения пористого модифицированного композита из СВМГ1Э, наполненного ГАП, обладающий комплексом необходимых физико-механических свойств и высокой биосовместимостью, можно рекомендовать с целью получения материала для эндопротезирования в хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Исходя из свойств разработанного композиционного материала, изготовленные из него эндопротезы целесообразно использовать при контурной пластике костей лицевого скелета, коррекции размеров альвеолярного отростка и других ситуациях, при которых эн-допротез не испытывает интенсивных механических нагрузок.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1.Краснов А.Г1. Свирко Б.В., Афоничева О.В. Исследование смачиваемости материала из пористого полиэтилена.// В кн.: Стоматология на пороге третьего тыся-челения. Сборник тезисов Российского форма с международным участием, 2001, С.70.

2.Свирко Е.В., Краснов А.П.Мустафаев М.Ш., Афоничева О.В. Структура и свойства полимерного материала для пористого имплантата. В сб.: «Актуальные про-

блемы современной стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Вып.1 Нальчик, 2001, с.40 - 44. 3. Мустафаев М.Ш., Алиев А.У., Свирко Е.В., Воложин А.И. Свойства некоторых полимерных материалов, наполненных гидроксиа-патитом, на модели длительных культур костного мозга. В с б: «Актуальные проблемы современной стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Вып.1 Нальчик, 2001, с.36 - 40.

Зак. 198 Подл, к печати 17.04.2002 г. Печ. л. 1 Тираж 100 экз. Бумага офсетн. Формат 60x84 1/16 Типография ВИУ