Формирование границы раздела между костной тканью и титановыми имплантатами

Формирование границы раздела между костной тканью и титановыми имплантатами с биоактивными керамическими покрытиями


В ИМЕТ РАН разработано новое трехмерное капиллярно-пористое (ТКП) титановое покрытие для имплантатов, наносимое путем плазменного напыления порошка или проволоки на поверхность титана. Толшина покрытия составляет около 1мм. Покрытие имеет трехмерную структуру и состоит из гребней и впадин. Высота гребней равна толщине покрытия, пористость его достигает 50%. Указанная структура покрытия позволила получить достаточно высокую сдвиговую прочность - около 250 МПа, что в 6 раз выше по отношению к традиционным пористым покрытиям. Эндопротезы тазобедренного сустава с ТКП-покрытием, выпускаемые отечественной компанией «Эндосистемы и имплантаты», хорошо известны среди специалистов. Для придания ТКП покрытию биоактивных свойств в ИФМП СО РАН разработан метод нанесения на их поверхность кальцийфосфатных и гидроксиапатитовых покрытий толщиной от 5 до 50 мкм путем микродугового оксидирования. В этом случае было достигнуто формирование градиентного покрытия с плавным переходом от оксида титана к гидроксиапатиту или фосфату кальция.

Целью нашей работы являлось обоснование применения в эндопротезировании титановых имплантатов с трехмерным капиллярно-пористым и биоактивным керамическим покрытием. В задачи исследования входило сравнительное изучение особенностей интеграции имплантатов с костной тканью в зависимости от характера используемого покрытия.

Исследование проводили на 12 беспородных половозрелых собаках (24 коленных сустава). Методика эксперимента включала формирование каналов в дистальных эпифизах бедренных костей животных, в которые путем плотной посадки помешали соответствующие им цилиндрические имплантаты длиной до 7 мм, диаметром 3,3 мм с ТКП-покрытием, а также с ТКП покрытием и нанесенным на него фосфатом кальция, гидроксиапатитом или их сочетанием. Контрольную группу составляли дефекты, в которые аналогичным образом помещали имплантаты без какого-либо покрытия. Динамику репаративного процесса прослеживали через 8, 16, 24 и 48 недель после операций. Интраоперационные биоптаты получали таким образом, чтобы каждый титановый образец на всем протяжении окружал связанный с ним слой костной ткани. После декальцинации имплантат аккуратно отделяли от кости, а из последней изготовляли препараты по общепринятым гистологическим методикам, окрашивали гематоксилином и эозином, по Ван Гизону, изучали микроскопически. Количественную обработку результатов осуществляли на аппаратном комплексе «Видеотест-Морфо 4.0». Оценивали объемную долю костной, хрящевой и соединительной ткани.

Результаты экспериментального исследования показали, что качественные отличия в течении репаративной реакции у животных контрольной и опытных групп заключались в преобладании процессов фиброгенеза (контрольная группа) и остеогенеза (опытные группы). В опытных группах интеграция имплантатов с ТКП-покрытием, с ТКП и керамическими покрытиями происходила путем энхондральной оссификации с образованием к 16-24 неделям костных балок, непосредственно интегрирующих с покрытиями и повторяющих их рельеф. В контрольных биоптатах между титановым имплантатом и костью формировался, преимущественно, слой волокнистой соединительной ткани, который сохранялся без существенных изменений в отдаленные сроки наблюдения. В количественном отношении более выраженные процессы костеобразования отмечались при использовании имплантатов с гидроксиапатитом или гидроксиапатитом и фосфатом кальция. Объемная доля костной ткани на границе раздела в опытных группах достигала 50-70%, в то время как в контрольной группе 5-10%.

Результаты проведенного исследования свидетельствуют о перспективности разработки имплантатов с композитными пористыми и керамическими покрытиями и необходимости дальнейшего изучения биологических процессов интеграции и формирующейся границы раздела с использованием иммуногистохимических и физико-механических методов исследования.


Маланин Д.А., Калита В.И., Мамаева В.А., Деревянно И.В., Крайнев Е.А., Снигур Г.Л.
Белгородский научный центр РАМН и АВО, г. Волгоград;
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, г. Москва;
Институт физики и материаловедения СО РАН, г. Томск