АНАЛИЗ БИОСОВМЕСТИМОСТИ СПЛАВА TI6AL4V ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ «IN VIVO»

Обоснование: С ростом количества первичного эндопротезирования неуклонно растет и потребность в ревизионном эндопротезировании суставов, что в свою очередь требует новых подходов таких как 3D печать и материалов для их реализации. Одним из основных направлений 3D-печати медицинских имплантатов из биосовместимых материалов на сегодняшний день является титановый сплав Ti6Al4V.
Цели исследований. Оценить степень остеоинтеграции титанового сплава Ti6Al4V в зависимости от структурной пористости в исследовании in vivo.
Методы: нами был применен граф пористой структуры на основе Ti6A14V, необходимо изучить биологические характеристики, включая клеточную адгезию, клеточную морфологию, клеточную пролиферацию и остеоинтеграцию, что мы оценили в эксперименте in vivo. Образцы были выполнены в виде цилиндров габаритами Ø 4 мм и высотой 8 мм в нескольких экземплярах и различной ширины ячейки пористой структуры. Ширина ячейки пористой структуры входит в четыре различных диапазона значений от 0,3 до 0,59 мм: группа 1- 0,3-0,39 мм; группа 2- 0,4-0,45мм; группа 3 – 0,46-0,49; группа 4-0,5-0,59. Толщина балок, образующих пористую структуры во всех образцах одинаковая и составляет 0,45-0,5 мм. Так было сформировано четыре группы. В эксперимент было введено 10 клинически здоровых животных которым было установлены графы на срок до 30 суток.
Результаты: на основании проведенного экспериментального исследования in vivo нами доказано, что образцы титанового сплава Ti6Al4V с пористостью 0,4–0,49 мм обеспечивают лучшее прорастание костной ткани.
Заключение: Полученный результат можно связать с корреляцией размеров костных пор с пористостью графов, тем не менее это требует дальнейшего изучения вопроса и проведения следующих исследований. Полученные результаты могут быть использованы для восполнения костных дефектов при персонифицированном эндопротезировании 3D компонентами и позволяют рассчитывать на долгий срок службы.

1. Fu J, Xiang Y, Ni M, Qu X, Zhou Y, Hao L, Zhang G, Chen J. In Vivo Reconstruction of the Acetabular Bone Defect by the Individualized Three-Dimensional Printed Porous Augment in a Swine Model. Biomed Res Int. 2020 Nov 30;2020:4542302. doi: 10.1155/2020/4542302. PMID: 33335923; PMCID: PMC7723487.

2. New biomaterials for bone regeneration Fabrizio Matassi1 Lorenzo Nistri2 Diana Chicon Paez2 Massimo Innocenti2 Clin Cases Miner Bone Metab. 2011 Jan-Apr; 8(1): 21–24. PMCID: PMC3230919 PMID: 22461799

3. Vu, N., Truong, N., Dang, L. et al. In vitro and in vivo biocompatibility of Ti-6Al-4V titanium alloy and UHMWPE polymer for total hip replacement. Biomed Res Ther 3, 14 (2016). https://doi.org/10.7603/s40730-016-0014-8

4. Т.И. Власова, Е.В. Арсентьева, Г.Д. Худайберенова, Д.И. Полякова СОВРЕМЕННЫЙ ВЗГЛЯД НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСТНЫХ ЗАМЕНИТЕЛЕЙ И ВОЗМОЖНОСТЬ УСИЛЕНИЯ ИХ ОСТЕОГЕННОСТИ КЛЕТОЧНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ

5. Li L, Shi J, Zhang K, Yang L, Yu F, Zhu L, Liang H, Wang X, Jiang Q. Early osteointegration evaluation of porous Ti6Al4V scaffolds designed based on triply periodic minimal surface models. J Orthop Translat. 2019 Apr 6;19:94-105. doi: 10.1016/j.jot.2019.03.003. PMID: 31844617; PMCID: PMC6896722.

6. Lei P, Qian H, Zhang T, Lei T, Hu Y, Chen C, Zhou K. Porous tantalum structure integrated on Ti6Al4V base by Laser Powder Bed Fusion for enhanced bony-ingrowth implants: In vitro and in vivo validation. Bioact Mater. 2021 Jun 16;7:3-13. doi: 10.1016/j.bioactmat.2021.05.025. PMID: 34430760; PMCID: PMC8367833.

7. Новые технологии в хирургии позвоночника с использованием пористых имплантатов с памятью формы Н. Г. Фомичев, В. Э. Гюнтер, Н. В. Корнилов [и др.. Томск : STT, 2002. 130 с. ISBN 5-93629-121-9.

8. Ирьянов, Ю. М. Замещение дефекта кости в условиях чрескостного остеосинтеза и применения имплантата из никелида титана Ю. М. Ирьянов, Т. Ю. Ирьянова Морфология. 2012;142(4):83-86

9. Исследование особенностей интеграции различных биоматериалов в мягких и костной тканях организма А. В. Чернов, Ю. М. Ирьянов, С. А. Радченко [и др. Гений ортопедии. 2012;1: 97-101.

10. Тактика хирургического лечения травматических повреждений средней зоны лица на основе применения имплантатов из сетчатого никелида титана Ю. А. Медведев, С. В. Шаманаев, Л. С. Шаманаева [и др. Тихоокеанский медицинский журнал. 2013; 1(51):78–79.

11. Медицинский нитинол: друг или враг? Ещё раз о биосовместимости никелида титана С. А. Муслов, О. А. Шумилина Фундаментальные исследования. 2007;10: 87-89.

12. Никелид титана. Медицинский материал нового поколения В. Э. Гюнтер, В. Н. Ходоренко, Ю. Ф. Ясенчук [и др.. Томск : ООО «Научно-производственное предприятие «МИЦ», 2006:296 ISBN 5-98589-020-1.

13. Применение биологически и механически совместимых имплантатов из нитинола для хирургического лечения повреждений и заболеваний позвоночника и спинного мозга Е. А. Давыдов, А. Ю. Мушкин, И. В. Зуев [и др. Гений ортопедии. 2010;1:5-11.

14. Применение нанотехнологически структурированного никелида титана в медицине А. В. Федоров, М. Ю. Коллеров, С. С. Рудаков, П. А. Королев Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2009;2:71-74.

15. Функциональные покрытия для имплантационных материалов С. В. Гнеденков, Ю. П. Шаркеев, С. Л. Синебрюхов [и др. Тихоокеанский медицинский журнал. – 2012;1(47):12-19.

16. Экспериментальное исследование биологической инертности сплава никеля и титана с памятью формы Д.Е. Мацко, А.В. Омельченко, Ж.С. Жанайдаров, Е.Л. Давыдов, Л.В. Климаш Морфология. 2005;6:57–60.

17. Eriksson C, Ohlson K, Richter K, Billerdahl N, Johansson M, Nygren H. Callus formation and remodeling at titanium implants. J Biomed Mater Res A. 2007 Dec 15;83(4):1062-1069. doi: 10.1002/jbm.a.31433. PMID: 17584899.

18. Борзунов Д.Ю., Петровская Н.В., Дьячкова Г.В., Дьячков К.А. Замещение дефекта проксимального метафиза большеберцовой кости сетчатым имплантатом из никелида титана Фундаментальные исследования. 2014;10(7):1274-1279; URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36103

19. Iriyanov YM, Chernov VF, Radchenko SA, Chernov AV. Plastic efficiency of different implants used for repair of soft and bone tissue defects. Bull Exp Biol Med. 2013 Aug;155(4):518-21. doi: 10.1007/s10517-013-2191-4. PMID: 24143381.

20. Junge K, Rosch R, Klinge U, Saklak M, Klosterhalfen B, Peiper C, Schumpelick V. Titanium coating of a polypropylene mesh for hernia repair: effect on biocompatibilty. Hernia. 2005 May;9(2):115-9. doi: 10.1007/s10029-004-0292-8. Epub 2004 Dec 4. PMID: 15583967.

21. Kuttenberger JJ, Hardt N. Long-term results following reconstruction of craniofacial defects with titanium micro-mesh systems. J Craniomaxillofac Surg. 2001 Apr;29(2):75-81. doi: 10.1054/jcms.2001.0197. PMID: 11465437.

22. Фокин В.Г. Метод конечных элементов в механике деформируемого твёрдого тела: Учеб. пособие В.Г. Фокин. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. 131 с.: ил.

23. Применение индивидуальных вертлужных компонентов при ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава. Кавалерский Г.М., Мурылев В.Ю., Рукин Я.А., Лычагин А.В., Елизаров П.М. Травматология и ортопедия России. 2016;22(4):114-121. DOI: 10.21823/2311-2905-2016-22-4-114-121.

24. Технология эндопротезирования суставов М. Дж. Кросс, Дж. Спайчер., ин, 2008.

25. Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Часть 1. Термины и определения ГОСТ Р 57558-2017/ISO/ASTM 52900:2015. - М.: Стандартинформ, 2018:12.

26. Аддитивные технологии в машиностроении М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш пособие для инженеров. М. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» 2015. 220 с.

27. SLM (Selective Laser Melting) — технология 3D-печати – URL: https://3d.globatek.ru/3d_printing_technologies/slm-tech/

28. «Замещение дефектов области вертлужной впадины индивидуальными имплантатами с заданной геометрической структурой поверхности». Базлов В.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук.

29. Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния эндопротеза тазобедренного сустава при двухопорном стоянии А.И. Боровков, Л.Б. Маслов, М.А. Жмайло, И.А. Зелинский, И.Б. Войнов, И.А. Керестень, Д.В. Мамчиц, Р.М. Тихилов, А.Н. Коваленко, С.С. Билык, А.О. Денисов. Российский журнал биомеханики. 2018;22 (4): 437–458.