Сравнительный анализ эффективности остеогенеза в периимплантатном дефекте при использовании скаффолдов на основе коллагена, трикальцийфосфата и пористой гидроксиапатитной керамики

Для оценки эффективности остеогенеза в периимплантатном дефекте при использовании различных матриц для скаффолда необходимо выполнить точные информативные исследования – растровую электронную микроскопию (РЭМ) и спектральный анализ.

Цель исследования – изучить структуру и элементный состав костной ткани на поверхности дентальных имплантатов (ДИ) в периимплантатном дефекте после введения скаффолдов на основе губчато-кортикальной смеси аллогенного происхождения, коллагена и гидроксиапатита/β-трикальцийфосфата с предварительно подсаженными эктомезенхимальными клетками.

На полученной модели периимплантита у 12 экспериментальных однолетних овец cеверокавказской породы проводили хирургическое лечение периимплантатного дефекта с использованием скаффолдов на матрице из губчато-кортикальной смеси аллогенного происхождения (группа 1), коллагена (группа 2) и гидроксиапатита/ β-трикальцийфосфата (группа 3). Устанавливали ДИ с SA-поверхностью (подгруппа 1 в каждой группе) и СА-поверхностью (подгруппа 2 в каждой группе). Через 3 мес. после извлечения ДИ вместе с костным регенератом проводили РЭМ и спектральный анализ.

Костный регенерат вокруг ДИ в подгруппе 2 группы 2 значительно отличался по микроэлементному составу от других образцов. Содержание по весу кислорода (53,9 %), кальция (11,36 %), фосфора (7,04 %) соответствовало составу гидроксиапатита кальция, что свидетельствовало о высокой минерализации вновь образованной костной ткани.

Максимально эффективный остеогенез отмечен в подгруппе 2 группы 2, где матрицей для скаффолда выступал органический компонент – коллаген.

1. Effect of a synthetic hydroxyapatite-based bone grafting material compared to established bone substitute materials on regeneration of critical-size bone defects in the ovine scapula / J. Wüster, N. Neckel, F. Sterzik [et al.] // Regenerative Biomaterials. – 2024. – Vol. 11. – P. rbae041. https://doi.org/10.1093/rb/rbae041

2. Regeneration of alveolar ridge defects. Consensus report of group 4 of the 15th European workshop on periodontology on bone regeneration / S. Jepsen, F. Schwarz, L. Cordaro [et al.] // Journal of Clinical Periodontology. – 2019. – Vol. 21, suppl. 21. – P. 277–286. https://doi.org/10.1111/jcpe.13121

3. Ridge expansion alone or in combination with guided bone regeneration to facilitate implant placement in narrow alveolar ridges: a retrospective study / Y. L. Tang, J. Yuan, Y. L. Song [et al.] // Clinical Oral Implants Research. – 2015. – Vol. 26, N 2. – P. 204–211. https://doi.org/10.1111/clr.12317

4. Рубникович, С. П. Регенеративные стоматологические технологии в комплексной хирургической и ортопедической реабилитации пациентов с дефектами зубных рядов / С. П. Рубникович, И. С. Хомич // Стоматолог. – 2020. – № 2. – C. 38–50.

5. Autograft, allograft, and bone graft substitutes: clinical evidence and Indications for use in the setting of orthopaedic trauma surgery / P. Baldwin, D. J. Li, D. A. Auston [et al.] // Journal of Orthopaedic Trauma. – 2019. – Vol. 33, N 4. – P. 203–213. https://doi.org/10.1097/BOT.0000000000001420

6. Репаративная регенерация тканей пародонта – результаты экспериментального исследования / Е. В. Щетинин, С. В. Сирак, Л. А. Григорьянц [и др.] // Медицинский вестник Северного Кавказа. – 2015. – T. 4, № 10. – C. 411–415. https://doi.org/10.14300/mnnc.2015.10100

7. Rubnikovich, S. P. Morphological changes in bone tissue around dental implants after low-intensity ultrasound applications / S. P. Rubnikovich, I. S. Khomich, Yu. L. Denisova // Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя медыцынских навук. – 2020. – Т. 17, № 1. – С. 20–27.

8. Shang, L. Immunomodulatory properties: the accelerant of hydroxyapatite-based materials for bone regeneration / L. Shang, J. Shao, S. Ge // Tissue Engineering, Part C: Methods. – 2022. – Vol. 28, N 8. – Р. 377–392. https://doi.org/10.1089ten.TEC.2022.00111112

9. Arcos, D. Substituted hydroxyapatite coatings of bone implants / D. Arcos, M. Vallet-Regí // Journal of Materials Chemistry B. – 2020. – Vol. 8, N 9. – P. 1781–1800. https://doi.org/10.1039/c9tb02710f

10. Clinical, radiographic, and histological analyses after transplantation of crest-related palatal-derived ectomesenchymal stem cells (paldscs) for improving vertical alveolar bone augmentation in critical size alveolar defects / W. D. Grimm, W. A. Arnold, S. W. Sirak [et al.] // Journal of Clinical Periodontology. – 2015. – Vol. 42, N S17, poster P0986. – P. 366.

11. Physicochemical characterization of porcine bone-derived grafting material and comparison with bovine xenografts for dental applications / J. H. Lee, G. S. Yi, J. W. Lee, D. J. Kim // Journal of Periodontal and Implant Science. – 2017. – Vol. 47, N 6. – P. 388–401. https://doi.org/10.5051/jpis.2017.47.6.388

12. Wickramasinghe, M. L. A novel classification of bone graft materials / M. L. Wickramasinghe, G. J. Dias, K. M. G. P. Premadasa // Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials. – 2022. – Vol. 110, N 7. – P. 1724–1749. https://doi.org/10.1002/jbm.b.35029

13. Owen, G. Hydoxyapatite/beta-tricalcium phosphate biphasic ceramics as regenerative material for the repair of complex bone defects / G. Owen, M. Dard, H. Larjava // Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials. – 2018. – Vol. 106, N 6. – P. 2493–2512. https://doi.org/10.1002/jbm.b.34049

14. Bikuna-Izagirre, M. Gelatin blends enhance performance of electrospun polymeric scaffolds in comparison to coating protocols / M. Bikuna-Izagirre, J. Aldazabal, J. Paredes // Polymers. – 2022. – Vol. 14, N 7. – Art. 1311. https://doi.org/10.3390/polym14071311

15. Использование препарата Цифран СТ в хирургической стоматологии для лечения и профилактики послеоперационных воспалительных осложнений / Л. А. Григорьянц, Л. Н. Герчиков, В. А. Бадалян [и др.] // Стоматология для всех. – 2006. – № 2. – С. 14–16.

16. Three-dimensional printing of a β-tricalcium phosphate scaffold with dual bioactivities for bone repair / M. Duan, S. Ma, C. Song [et al.] // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47, N 4. – P. 4775–4782. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.047

17. Gelatin-polycaprolactone-nanohydroxyapatite electrospun nanocomposite scaffold for bone tissue engineering / S. Gautam, C. Sharma, S. D. Purohit [et al.] // Materials Science and Engineering. C, Materials for biological applications. – 2021. – Vol. 119. – Art. 111588. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111588

18. A tissue engineered 3D printed calcium alkali phosphate bioceramic bone graft enables vascularization and regeneration of critical-size discontinuity bony defects in vivo / C. Knabe, M. Stiller, M. Kampschulte [et al.] // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. – 2023. – Vol. 11. – Art. 1221314. https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1221314

19. Mechanically stable β-TCP structural hybrid scaffolds for potential bone replacement / M. Ahlhelm, S. H. Latorre, H. O. Mayr [et al.] // Journal of Composites Science. – 2021. – Vol. 5, N 10. – Art. 281. https://doi.org/10.3390/jcs5100281

20. 3D printed poly (Caprolactone)/Hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering: A comparative study on composite preparation by melt blending or solvent casting techniques and influence of bioceramic content on scaffold properties / S. Biscaia, M. V. Branquinho, R. D. Alvites [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. – 2022. – Vol. 23, N 4. – Art. 2318. https://doi.org/10.3390/ijms23042318

21. Advances on bone substitutes through 3D bioprinting / T. Genova, I. Roato, M. Carossa [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. – 2020. – Vol. 21, N 19. – Art. 7012. https://doi.org/10.3390/ijms21197012

22. Characterisation of bone regeneration in 3D printed ductile PCL/PEG/hydroxyapatite scaffolds with high ceramic microparticle concentrations / C. Cao, P. Huang, A. Prasopthum [et al.] // Biomaterials Science. – 2022. – Vol. 10, N 1. – P. 138–152. https://doi.org/10.1039/d1bm01645h

23. Influence of 3D printing parameters on the mechanical stability of PCL scaffolds and the proliferation behavior of bone cells / F. Huber, D. Vollmer, J. Vinke [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 15, N 6. – Art. 2091. https://doi.org/10.3390/ma15062091

24. Engineering 3D-printed core-shell hydrogel scaffolds reinforced with hybrid hydroxyapatite/polycaprolactone nanoparticles for in vivo bone regeneration / S. E. El-Habashy, A. H. El-Kamel, M. M. Essawy [et al.] // Biomaterials Science. – 2021. – Vol. 9, N 11. – P. 4019–4039. https://doi.org/10.1039/d1bm00062d

25. Регенеративные клеточные технологии в лечении рецессии десны / С. П. Рубникович, Ю. Л. Денисова, Т. Э. Владимирская [и др.] // Современные технологии в медицине. – 2018. – T. 10, № 4. – C. 94–104.

26. Recent advance in surface modification for regulating cell adhesion and behaviors / S. Cai, C. Wu, W. Yang [et al.] // Nanotechnology Reviews. – 2020. – Vol. 1, N 9. – P. 971–989. https://doi.org/10.1515/ntrev-2020-0076

27. Bernatskiy, B. S. A novel approach for implant rehabilitation combined with immediate bone and soft-tissue augmentation in a compromised socket-A B2S approach: case report with a 2-year follow-up / B. S. Bernatskiy, A. Puišys // Case Reports in Dentistry. – 2023. – Vol. 2023. – Art. 1376588. https://doi.org/10.1155/2023/1376588

28. Efficacy of bone-substitute materials use in immediate dental implant placement: a systematic review and metaanalysis / J. Zaki, N. Yusuf, A. El-Khadem [et al.] // Clinical Implant Dentistry and Related Research. – 2021. – Vol. 23, N 4. – P. 506–519. https://doi.org/10.1111/cid.13014

29. Sala, Y. M. Clinical outcomes of maxillary sinus floor perforation by dental implants and sinus membrane perforation during sinus augmentation: a systematic review and meta-analysis / Y. M. Sala, H. Lu, B. R. Chrcanovic // Journal of Clinical Medicine. – 2024. – Vol. 13, N 5. – Art. 1253. https://doi.org/10.3390/jcm13051253

30. Efficacy of lateral bone augmentation performed simultaneously with dental implant placement: a systematic review and meta-analysis / D. S. Thoma, S. P. Bienz, E. Figuero [et al.] // Journal of Clinical Periodontology. – 2019. – Vol. 46, N 21. – P. 257–276. https://doi.org/10.1111/jcpe.13050

31. Commercialization and regulation of regenerative medicine products: Promises, advances and challenges / N. Beheshtizadeh, M. Gharibshahian, Z. Pazhouhnia [et al.] // Biomedicine and Pharmacotherapy. – 2022. – Vol. 153. – Art. 113431. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2022.113431

32. In situ magnesium phosphate/polycaprolactone 3D-printed scaffold induce bone regeneration in rabbit maxillofacial bone defect model / B. Lei, X. Gao, R. Zhang [et al.] // Materials and Design. – 2022. – Vol. 215. – Art. 110477. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110477

33. Effect of zinc-doped hydroxyapatite/graphene nanocomposite on the physicochemical properties and osteogenesis differentiation of 3D-printed polycaprolactone scaffolds for bone tissue engineering / H. Maleki-Ghaleh, M. Hossein Siadati, A. Fallah [et al.] // Chemical Engineering Journal. – 2021. – Vol. 426. – Art. 131321. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131321

34. Surface potential and roughness controlled cell adhesion and collagen formation in electrospun PCL fibers for bone regeneration / S. Metwally, S. Ferraris, S. Spriano [et al.] // Materials and Design. – 2020. – Vol. 194. – Art. 108915. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108915

35. Youssef, M. A. Diagnostic reliability and accuracy of the hydraulic contrast lift protocol in the radiographic detection of sinus lift and perforation: ex vivo randomized split-mouth study in an ovine model / M. A. Youssef, N. von Krockow, J. A. Pfaff // Biodiversity Data Journal. – 2024. – Vol. 10, N 1. – Art. 6. https://doi.org/10.1038/s41405-024-00188-6

36. Effect of the surface morphology of silk fibroin scaffolds for bone regeneration / U. K. Bhawal, R. Uchida, N. Kuboyama [et al.] // Journal of Biomedical Materials Research. – 2016. – Vol. 27, N 4. – P. 413–424. https://doi.org/10.3233/BME-161595