Preview

Креативная хирургия и онкология

Расширенный поиск

Аллопластические и имплантационные материалы для костной пластики: обзор литературы

https://doi.org/10.24060/2076-3093-2021-11-4-343-353

Полный текст:

Аннотация

Восстановление костных дефектов, вызванных травмой, инфекциями, опухолями или врожденными генетическими нарушениями, является важной проблемой в  современной медицине, которая обычно требует использования материалов для костной пластики. При этом аутологичная кость, или аутотрансплантат, попрежнему считается «золотым стандартом» и  наиболее эффективным методом для восстановления костных дефектов и регенерации костной ткани. Однако при всех преимуществах костной аутотрансплантации имеется ряд проблем, связанных с ограниченным объемом донорского материала, болями в зоне забора имплантатов и опасностью возникновения возможных осложнений (несращений, отторжений трансплантатов, инфекции, ятрогенных переломов, тромбозов артериовенозных шунтов при применении микрохирургической техники и т. д.). Поэтому имеется необходимость в разработке улучшенных биоматериалов, которые бы максимально соответствовали характеристикам аутотрансплантатов. В связи с этим наряду с рациональным выбором новых хирургических методик актуальным становится выбор оптимальных имплантационных материалов. Оценка остеокондуктивных и остеоиндуктивных свойств современных остеопластических материалов является одним из направлений исследований по поиску оптимальных имплантов для лечения пациентов с костными дефектами в челюстно-лицевой хирургии, нейрохирургии и травматологии и ортопедии. При этом данные биоматериалы можно комбинировать с аллопластическим материалом, в результате чего может быть разработан имплант, который удовлетворяет требованиям по остеокондукции, остеоиндукции и остеогенезу. Аналитический обзор доступной литературы посвящен современному состоянию проблемы применения аллопластических имплантационных материалов, что, по нашему мнению, может послужить основой для разработки инновационных заменителей костных ауто- и аллотрансплантатов.

Для цитирования:


Мухаметов У.Ф., Люлин С.В., Борзунов Д.Ю., Гареев И.Ф., Бейлерли О.А., Yang G. Аллопластические и имплантационные материалы для костной пластики: обзор литературы. Креативная хирургия и онкология. 2021;11(4):343-353. https://doi.org/10.24060/2076-3093-2021-11-4-343-353

For citation:


Mukhametov U.F., Lyulin S.V., Borzunov D.Y., Gareev I.F., Beylerli O.A., Yang G. Alloplastic and Implant Materials for Bone Grafting: a Literature Review. Creative surgery and oncology. 2021;11(4):343-353. (In Russ.) https://doi.org/10.24060/2076-3093-2021-11-4-343-353

Введение

Восполнение костных дефектов, вызванных травмой, инфекцией, опухолями и врожденными нарушениями, ведущими к аномальному развитию костной ткани, является важной задачей современной челюстно-лицевой хирургии, нейрохирургии, травматологии и ортопедии. Регенерация костной ткани также требуется при восстановлении целостности позвоночника и дефектах, вызванных остеолизом, резорбцией костной ткани по периферии имплантатов [1][2]. Для ликвидации таких костных дефектов требуется костно-пластический материал.

Применение аутологичной кости, или аутотрансплантата (т. е. получение кости от самих пациентов), до сих пор считается «золотым стандартом» в костно-пластической хирургии и наиболее эффективным методом регенерации кости, поскольку способствует формированию костной ткани на месте дефекта за счет создания матрицы (остеокондукция) и способности к дифференцировке локальных стволовых клеток в клетки костной ткани (остеоиндукция) без какого-либо связанного иммунного ответа [3][4]. При аутологичной костной пластике свежая кортикальная или трабекулярная кость или их комбинация пересаживаются из одного участка тела пациента, например гребня подвздошной кости [5]. В то же время аутотрансплантация имеет значительные недостатки, как, например, ограничение запаса костной ткани или болезненность донорского участка в послеоперационном периоде [5]. Эти недостатки можно преодолеть, используя аллотрансплантат, трансплантированную кортикальную/трабекулярную кость или деминерализованный костный матрикс из донорской ткани. Аллогенный костный трансплантат, обычно извлекаемый из отделов таза трупов или из удаленных головок бедренной кости при первичной тотальной замене тазобедренного сустава, обладает остеокондуктивностью, а при использовании в свежезамороженном или деминерализованном виде имеет ограниченную остеоиндуктивность [5–7]. Один из недостатков, связанных с аллотрансплантацией, — это риск передачи инфекции [7]. Различия в методах подготовки трансплантата приводят к несогласованности, иммунному ответу, переломам и несращению из-за различий в качестве кости у донора и пациента.

Использование аллопластических материалов или синтетических трансплантатов направлено на преодоление недостатков использования аутологичных и аллогенных костных трансплантатов. Натуральная кость служит моделью для разработки аллопластических материалов, которые пытаются имитировать минеральный состав костной ткани или структуру взаимосвязанных стоек губчатой кости. Способность к быстрой васкуляризации (ангиогенез) со стороны костных трансплантатов является важной для быстрого и долгосрочного успешного остеогенеза [8]. Ангиогенез регулируется множеством факторов роста, в частности фактором роста эндотелия сосудов (VEGF), которые продуцируются воспалительными и мезенхимальными стволовыми клетками (МСК) [9]. Аллопластические материалы не содержат клеток в трансплантате и обычно нуждаются в большем времени на васкуляризацию и создание матрикса по сравнению с аутогенными трансплантатами губчатой кости [10]. Также существуют различные стратегии добавления остеоиндуктивных свойств к костным заменителям, например путем добавления костных морфогенетических белков (BMPs) или стволовых клеток [11]. Остеокондукция, по-видимому, оптимизирована в аллопластических материалах, имитирующих не только структуру кости, но и химический состав костной ткани. Аллопластические материалы сочетают в себе остеокондуктивные и остеоиндуктивные свойства, и есть ряд исследований, показывающих обнадеживающие результаты для их применения в клинической практике [12][13]. Тем не менее есть другие исследования, клинические и экспериментальные, с противоречивыми результатами. В таблице 1 приведены характеристики костных трансплантатов и их заменителей [14–17]. Целью данной статьи является обзор различных групп аллопластических материалов с точки зрения их остеоиндуктивных и остеокондуктивых свойств, о которых сообщалось в последнее время.

Свойства

Описание

Остеоиндукция

Это процесс, при котором плюрипотентные мезенхимальные стволовые клетки (МСК) и остеопрогениторные клетки активируются после воздействия различных молекул с целью дифференцировки в остеобласты. Этот каскад клеточных событий опосредуется рядом факторов роста и дифференцировки, наиболее важные из которых относятся к суперсемейству трансформирующих факторов роста-β (TGF- β), включая костные морфогенетические белки (BMPs)

Остеокондукция

Это способность трансплантата благодаря его микроскопическому и/или макроскопическому каркасу (матриксу) способствовать процессу регенерации, усиливая внутреннюю миграцию и сосудистую инфильтрацию клеточных элементов, участвующих в формировании костной ткани (МСК, остеобласты, остеокласты и т. д.), и позволяя индуцировать ангиогенез. Однако остеокондукция эффективна только в том случае, если и остеоиндуктивные вещества, и остеогенные элементы присутствуют в одной и той же области

Остеогенез

Процесс представляет собой фактическое образование новой костной ткани из МСК или остеопрогениторных клеток, происходящих из живых клеток трансплантата (аутотрансплантата) или клеток хозяина. МСК явно играют косвенную роль, поскольку они действуют как источник предшественников остеобластов, которые отвечают за анаболическую часть гомеостатического баланса, а также регулируют остеокластогенез посредством экспрессии рецептора-активатора ядерного фактора каппа-В (RANKL) и системы остеопротегерина (OPG). Различные «наборы» молекулярных медиаторов взаимодействуют с локальными и циркулирующими клетками для координации каскада заживления: эффекторы воспаления (интерлейкин 1 (IL-1) и интерлейкин 6 (IL-6)), митогены (TGF-β, инсулиноподобный фактор роста (IGF), фактор роста фибробластов (FGF), фактор роста тромбоцитов (PDGF), BMP) и ангиогенные факторы (фактор роста эндотелия сосудов (VEGF))

Таблица 1. Характеристика свойств костных трансплантатов и их заменителей

Table 1. Bone graft and their substitute properties

Свойства идеального материала для костной пластики

Как уже было сказано, текущим «золотым стандартом» восстановления костных дефектов по-прежнему является применение аутологичной кости. Эти трансплантаты, само собой разумеется, гистосовместимы и неиммуногенны и обладают всеми свойствами, необходимыми для восстановления костных дефектов. В частности, аутотрансплантаты обладают необходимыми компонентами для достижения остеоиндукции, остеогенеза и остеокондукции [3][4]. Однако аутотрансплантаты требуют вторичной хирургической процедуры на месте сбора ткани, что может привести к таким осложнениям, как травма донорского участка, болезненность, деформация и рубцевание [18]. Кроме того, сбор и имплантация аутотрансплантатов — дорогостоящая процедура, которая также связана с высокими хирургическими рисками, такими как кровотечение, инфекционные осложнения, тромбоз артериовенозных шунтов. При этом аутотрансплантаты могут не подходить для замещения, когда на место дефекта требуется большое количество кости [18]. В лечении пациентов с дефектами черепно-челюстно-лицевой области аутотрансплантаты играют второстепенную роль, поскольку их широко заменяют аллотрансплантаты (например, в США) и ксенотрансплантаты крупного рогатого скота (например, в Европе) [19].

Для выполнения такого рода хирургического вмешательства, как восстановление костных дефектов, необходима пористая структура материала, способная поддерживать образование новых и здоровых трехмерных тканей. Попытки определить идеальный остеозаменяющий материал предпринимались уже 30 лет назад [20]. Остезаменяющие материалы должны соответствовать определенным требованиям для достижения своей цели. Во-первых, взаимосвязанная пористость с адекватным размером пор должна обеспечивать диффузию веществ и продуктов жизнедеятельности клеток (продукты обмена) по всему материалу. Обычно минимальный размер пор составляет около 100 мкм. Однако рекомендуется размер пор >300 мкм для обеспечения ангиогенеза и образования новой костной ткани. Второе требование — это поверхность, которая обеспечивает прорастание сосудов, активизацию прикрепления, миграции и пролиферации остеогенных клеток. Третье — это адекватная механическая прочность на сжатие и эластичность, позволяющая поглощать нагрузку от окружающих твердых и мягких тканей в открытых дефектах. Четвертое — это контролируемая биоразлагаемость, которая обеспечивает резорбцию во время процесса ремоделирования тканей, сохраняя при этом объем дефекта для прорастания костной ткани. И последнее требование — достаточная стабильность размеров, позволяющая адаптировать материал к месту дефекта [21][22].

Аллопластические материалы для костной пластики

Несмотря на обширные исследования, проведенные за последние десятилетия, в использовании остеозаменяющих материалов при восстановлении дефектов костной ткани, ни один из доступных в настоящее время биоматериалов не обладает всеми желательными характеристиками, которые должен иметь идеальный трансплантат: высоким остеоиндуктивным и ангиогенным потенциалами, биологической безопасностью, низким уровнем заболеваемости (осложнений) пациентов, высокой стабильностью объема, легкой доступностью на рынке, длительным сроком хранения и разумными производственными затратами. Данные проблемы, связанные с трансплантацией, вызвали интерес к синтетически улучшенным остеозамещающим материалам или аллопластическим материалам. Об этом также свидетельствует рост публикационной активности по данной проблеме [23][24]. Несоответствие между большим количеством лабораторных исследований новых материалов и небольшим количеством клинических исследований очевидно. В таблице 2 приведены различные группы аллопластических и имплантационных материалов: природные и синтетические биоразлагаемые полимеры, керамика (включая биостекла), металлы и композиты. У всех этих материалов есть как достоинства, так и недостатки [25–30]. Например, кальций-фосфатная керамика, самый популярный имплантационный материал, из-за ее химического сходства с минералами костей обычно имеет хорошую биосовместимость, остеокондуктивность, низкую стоимость и доступность. Однако данный тип биоматериала хрупкий по сравнению с костью, обладает непредсказуемой скоростью биоразлагаемости in vivo и имеет ограниченную остеоиндуктивность [27].

Тип биоматериала

Пример

Преимущества

Недостатки

Полимеры

Натуральные

Белки: коллаген, фибрин, желатин и фиброин.

Полисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, целлюлоза, крахмал, альгинат, агароза, хитозан, пуллулан и декстран

Биоразлагаемость, биосовместимость, биоактивность и неограниченный источник (некоторые из их)

Низкая механическая прочность, высокая скорость деградации и большое количество вариаций от партии к партии

Синтетические

Полигликолевая кислота (PGA), полимолочная кислота (PLA), поликапролактон (PCL), поли-D, L-лактид- ко-гликолид (PLGA) и поли- (2-гидроксиэтилметакрилат) (pHEMA)

Биоразлагаемость, биосовместимость и универсальность

Низкая механическая прочность, высокая локальная концентрация кислотных продуктов разложения

Керамика

Биостекла и стеклокерамика

Силикатные биоактивные стекла (45 С5, 13–93) и боратные/боросиликатные биоактивные стекла (13–93B2, 13–93B3, Pyrex®)

Остеоиндуктивность (в зависимости от структурных и химических свойств)

Низкая прочность на излом, ломкость и скорость деградации трудно предсказать

Оксидная керамика

Керамический оксид алюминия (Al2O3)

Остеоиндуктивность (в зависимости от структурных и химических свойств)

Низкая прочность на излом, ломкость и скорость деградации трудно предсказать

Фосфат кальция (CaP)

Кораллин или синтетический гидроксиапатит (HA), силикатзамещенный кораллин, β-трикальций фосфат (β-TCP), дигидрат дикальцийфосфата (DCPD)

Биосовместимость, биоразлагаемость, биоактивность и остеокондуктивность

Низкая прочность на излом, ломкость и скорость деградации трудно предсказать

Металлы

Титан и его сплавы, тантал, нержавеющая сталь, магний и его сплавы

Хорошая биосовместимость и отличные механические свойства (высокая прочность и износостойкость, пластичность)

Отсутствие прилегания тканей, коррозия и риск токсичности из-за выделения ионов металлов

Композиты

Кальций-фосфатные покрытия на металлах, кораллин/поли- (D, L-лактид) и кораллин/хитозан-желатин

Хорошая биосовместимость и отличные механические свойства (высокая прочность и износостойкость, пластичность)

Отсутствие прилегания тканей, коррозия и риск токсичности из-за выделения ионов металлов

Таблица 2. Преимущества и недостатки аллопластических и имплантационных материалов для костной пластики, используемых для восстановления и регенерации костной ткани

Table 2. Pros and cons of alloplastic and implantable bone grafts for osseous reconstruction and regeneration

Имплантационные материалы на основе полимеров

Полимеры представляют собой довольно обширную категорию с уникальными характеристиками (физическими, механическими и химическими), которые отличаются от характеристик других аллопластических материалов. Полимеры, используемые сегодня, можно разделить на природные и синтетические, и они также могут быть разлагаемыми (например, полимер на основе молочной кислоты или сополимер молочной кислоты и гликолевой кислоты (PLGA)) или неразлагаемыми [25]. К коммерческим аллопластическим материалам на основе полимеров относятся Healos (DePuy Orthopaedics, Inc, Варшава, Индиана, США) — натуральный полимерно-керамический композит, состоящий из коллагеновых волокон, покрытых гидроксиапатитом, который показан для спондилодеза; и Cortoss, представляющий собой инъекционный полимерный продукт, предназначенный для участков, несущих нагрузку [31].

Природные полимеры

Природные полимеры (коллаген, фибрин, желатин, крахмал, гиалуроновая кислота или хитозан) обладают хорошей биосовместимостью и высокой биоразлагаемостью, поскольку они составляют структурный нативный внеклеточный матрикс (ВКМ) тканей. Природные полимеры биоактивны, поскольку они могут взаимодействовать с тканями хозяина [32]. Электроспиннинг природных полимеров для создания аналогов ВКМ является перспективным направлением исследований в области разработки биомиметиков [33].

Коллаген — один из самых перспективных биоматериалов с множеством вариаций биомедицинского применения, такими как системы доставки лекарств (например, наночастицы для доставки генов) и создания биосовместимых матриц для систем культивирования клеток [25]. Доказана остеокондуктивность коллагеновых каркасов: анионные коллагеновые матрицы способны восстанавливать костную ткань в месте дефекта in vivo, таким образом демонстрируя формирование новой костной ткани [34]. Однако об остеоиндуктивности коллагена или других природных полимеров еще не сообщалось. Большим недостатком природных полимеров является недостаточная механическая прочность и высокие показатели деградации. Таким образом, они часто используются в композитах или химически модифицированы для улучшения механических свойств и скорости деградации [25, 32].

Синтетические полимеры

Синтетические полимеры обладают большой универсальностью, поскольку могут иметь пористость, размер пор >300 мкм, биоразлагаемость, и т. д. [32]. Чаще всего используются α-гидроксикислоты, такие как полигликолевая кислота (PGA) и полимолочная кислота (PLA), и поликапролактон (PCL) [32][33]. Продуктами распада этих полимеров являются гликолевая кислота и молочная кислота, которые естественным образом содержатся в организме человека и поэтому удаляются естественными путями метаболизма. Использование PLGA, который представляет собой сополимер, образованный PLA и PGA, для регенерации костной ткани широко изучено и одобрено для клинического использования Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) [35]. Основным недостатком синтетических полимеров являются их плохие механические свойства, даже когда они имеют форму стержней или сплошных винтов. Другой потенциальный недостаток — высокие локальные концентрации кислотных продуктов деградации, которые могут влиять на дифференцировку клеток на каркасах in vitro и могут вызвать воспалительную реакцию in vivo [36].

На сегодняшний день существует единственный синтетический полимер, показавший хорошие результаты в плане остеоиндуктивности, — это поли-гидроксиэтилметакрилат, или поли-НЕМА [37]. Об образовании подкожной кости при имплантации поли-НЕМА свиньям сообщили Винтер и Симпсон еще в 1969 году. Годом позже Винтер описал такой же остеоиндуктивный эффект поли-НЕМА, подкожно имплантированной крысам [37][38]. Интересно, что в обоих случаях поли-НЕМА кальцинировалась после имплантации, но до того, как можно было бы идентифицировать какую-либо дифференцировку клеток.

Имплантационные материалы на основе керамики

Аллопластические материалы на основе керамики в основном синтезируются с помощью процесса с контролируемой температурой, известного как «спекание», которое дает возможность изменять структуру, пористость и способность к биологической деградации [33]. Кроме того, керамика может минимизировать риск заражения и передачи инфекций, а также увеличить срок хранения и доступность имплантируемых биоматериалов. Однако по сравнению с тем же аллотрансплантатом гребня подвздошной кости керамика более хрупкая, существует возможность возникновения нестабильности кортикальных имплантатов, а также имеет низкую прочность на сжатие [39]. Материалы на основе кальция, такие как фосфат кальция (CaP), трикальцийфосфат, сульфат кальция, кораллин или синтетический гидроксиапатит (HA), кремнийзамещенный фосфат кальция и биостекла, в основном используются в качестве остеозамещающих материалов с остеокондуктивными свойствами [29]. Хотя пористость керамики может способствовать адгезии, пролиферации и дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в остеобласты, однако высокая степень пористости керамики ограничивает механическую прочность и скорость резорбции. В последнее время применение керамики и связанных с ней каркасов увеличилось при хирургических вмешательствах на позвоночнике, и, в частности, они используются в качестве удлинителя костного трансплантата при артродезе поясничного отдела позвоночника, что приводит к увеличению скорости спондилодеза на 86,4 % [40]. Кроме того, HA является наиболее распространенным аллопластическим материалом на основе керамики, которая может служить отличным переносчиком остеогенных клеток и факторов роста и способствовать восстановлению и регенерации костной ткани [41]. Таким образом, в присутствии подходящего фактора роста HA также может играть как остеокондуктивную, так и остеоиндуктивную роль во время восстановления дефектов костной ткани.

Фосфат кальция (CaP)

Кальций-фосфатная керамика напоминает биоминералы, где CaP естественным образом находится в организме в составе костей или зубов. Основными свойствами, которыми обладает CaP, являются превосходная биосовместимость, биоразлагаемость и остеокондуктивность [42]. Было показано, что материалы CaP способны образовывать биоактивный слой апатита на своих поверхностях, тем самым улучшая остеоинтеграцию [43]. Другой причиной хорошей остеоинтеграции, продемонстрированной этими материалами in vivo, является то, что природные цитокины и адгезивные белки, такие как фибронектин, способны связываться с материалами CaP [43]. Белки и цитокины адсорбируются на поверхности каркаса и обеспечивают матрицу для прикрепления клеток. Как правило, материалы CaP не обладают свойством остеоиндуктивности, поскольку они не могут образовывать кость de novo. Однако Zhang и др. в своем исследовании продемонстрировали, что процесс формирования новой костной ткани был активирован за счет совместного использования HA с размером пор 75–550 мкм и пористостью 60 % [44].

Химический состав также влияет на остеоиндуктивность кальций-фосфатной керамики. Coathup и др. показали, что замещение силиката может увеличивать остеоиндукцию, в то время как Wang и др. совсем недавно сообщили, что фазовый состав кальций-фосфатной керамики может регулировать количество остеоиндуктивных факторов в локальном микроокружении имплантата [45][46]. Стронций — микроэлемент в организме человека, представляющий особый интерес при лечении остеопороза, демонстрирует роль как в стимуляции остеогенеза, так и в снижении резорбции кости, что привлекло большое внимание исследователей к созданию стронцийзамещенной кальций-фосфатной керамики [47][48]. В исследованиях in vivo стронцийзамещенная кальций-фосфатная керамика показала хороший результат в плане формирования новой костной ткани на участках костных дефектов, по сравнению с не замещенными стронцием контрольными образцами из кальций-фосфатной керамики [47][48]. Однако влияет ли замещение стронция на остеоиндуктивность или нет, до сих пор не сообщалось.

Биостекла и стеклокерамика

Несмотря на свою хрупкость, биостекла и стеклокерамика обладают уникальными свойствами. Они поддаются биологической деградации, и скорость их деградации можно контролировать. По мере деградации они высвобождают ионы, которые могут способствовать остеогенезу и ангиогенезу. Что еще более важно, они превращаются в биологически активный HA, который прочно связывается как с твердыми, так и с мягкими тканями [29, 32]. Биостекла имеют аморфную структуру, а стеклокерамика — кристаллизованную. Существует соотношение между механической прочностью и биоактивностью. Хоть стеклокерамика механически прочнее, но она обладает значительно меньшей биологической активностью по сравнению с аморфными биостеклами. Таким образом, аморфные биостекла еще называют биоактивными стеклами [49]. Наиболее часто используемым является «Биостекло» 45S5 с составом 24,5 % CaO, 45 % SiO2, 6 % P2O5 и 24,5 % Na2O [50]. Биостекло 45S5 обеспечивает прочную связь с окружающими тканями и продемонстрировало остеогенные свойства, что делает его биоматериалом класса A (см. главу «Керамический оксид алюминия (Al2O3)») [50]. Однако биостекла, производные 45S5, обладают плохими механическими свойствами при использовании в качестве трехмерных остеозамещающих материалов: биостекло 45S5 имеет тенденцию кристаллизоваться во время процедур нагрева при изготовлении трехмерных каркасов. Как следствие, стабильность снижается, что делает трехмерные каркасы хрупкими [51–53]. Другое ограничение биостекла 45S5, особенно при использовании в экспериментальных условиях in vitro, вызвано высоким содержанием Na2O в его составе [54]. При контакте с (телесными) жидкостями Na2O растворяется, вызывая высвобождение ионов натрия (Na+) с последующим сильным повышением pH, которое может быть вредным для клеток [54]. Хотя функция остеобластов стимулируется слабощелочной средой, функция остеокластов уменьшается в щелочной среде [55]. Поскольку остеокласты имеют определенное значение на ранних этапах регенерации кости, повышение pH, вызванное биостеклом 45S5, может ограничивать начальные этапы регенерации костной ткани, особенно при использовании «чистых» каркасов 45S5 [56]. Таким образом, перед использованием биостекол, особенно 45S5, необходимы периоды предварительной обработки, чтобы уменьшить первоначальное «взрывное» высвобождение Na+, приводящее к резкому увеличению pH [54][56]. Единственное биостекло, которое на сегодняшний день демонстрирует остеоиндуктивность, — это Pyrex®, который еще в 1960 году, как было показано, формирует костную ткань через 60 дней после подкожной ее имплантации у крыс. Гистологический анализ также показал наличие хряща и кроветворной ткани вместе с костной тканью внутри стеклянных пробирок Pyrex® [57].

Керамический оксид алюминия (Al2O3)

Оксид алюминия (Al2O3) обладает такими преимуществами, как высокая температура плавления, твердость и прочность, износостойкость и химическая стабильность. Поликристаллический Al2O3 относительно недорог и является одним из наиболее распространенных видов керамики, используемых в качестве огнеупорного материала, электрических изоляторов, износостойких механических элементов и т д. [58][59]. Кроме того, Al2O3 демонстрирует биосовместимость и используется в медицине для имплантатов, в том числе в восстановлении костной ткани [60]. При этом износостойкость и физико-механические параметры аллопластических материалов на основе керамики в некоторых случаях не соответствуют нормативным требованиям. Следовательно, керамику нельзя использовать в имплантатах, выдерживающих высокие механические нагрузки. В таких случаях успешно применяется керамика на основе Al2O3 [60].

Одной из важнейших проблем в технологии медицинского применения Al2O3 является чистота исходного материала. Кроме того, для получения изделий, выдерживающих высокие нагрузки, необходимо соблюдать ряд параметров, таких как способность спекаться до нулевой открытой пористости без существенной рекристаллизации. Свойства биоактивных и биоинертных материалов на основе Al2O3 особой чистоты, используемых в качестве остеозамещающих материалов, должны соответствовать требованиям международного стандарта ISO 6474 (табл. 3) [58][59]. Этот стандарт делит все материалы на основе Al2O3 на два класса: A и B. Материалы класса А используются для имплантатов, выдерживающих значительные нагрузки (например, несущая поверхность сустава) [60]. Материалы класса B предназначены для имплантатов, не подвергающихся большим нагрузкам (например, в стоматологии) [61]. Установлено, что оксидные керамические материалы, не содержащие модифицирующих добавок, обладают низкоуровневыми свойствами, трудно контролируемой микроструктурой и низкой плотностью. Известно множество добавок, положительно влияющих на спекание [58]. Однако указанный стандарт ISO 6474 предъявляет дополнительные требования к добавкам, используемым при производстве имплантационных материалов на основе керамики, в том числе Al2O3.

Технические характеристики

ISO 6474–1 (2016)

Содержание оксида алюминия (Al2O3) (мас. %)

≥99,7 %

Плотность

≥3,94 г/см 3

Прочность на изгиб

≥500 МПа

Модуль Юнга

≥380 ГПа

Вязкость разрушения (KIC)

≥2,5 МПа×м1/2

Средний размер зерна

≥2,5 мкм ± 25 %

Меры микротвердости Виккерса (по шкале HV1)

≥18 ГПа

Таблица 3. Сравнение технических характеристик по стандарту ISO 6474–1 керамики на основе оксида алюминия (Al2O3)

Table 3. ISO 6474–1 comparative specification of aluminium oxide (Al2O3) ceramics

Металлы

Титан и его сплавы, пористый тантал или трабекулярный металл, магний и его сплавы, обладают превосходными механическими свойствами, что делает их идеальными кандидатами в применении в качестве остеозамещающих материалов в травматологии и ортопедии. Исследования пористых металлов ведутся очень активно, поскольку они обеспечивают возможность прорастания костной ткани, что приводит к ранней интеграции имплантата [32, 33]. Эти металлы морфологически и механически похожи на губчатую кость, а их недостатки включают отсутствие сцепления с окружающей тканью, что может привести к расшатыванию имплантата с последующим повторением хирургического вмешательства по его удалению, а также риск токсичности из-за накопления ионов металлов в результате коррозии, которая увеличивается из-за большой площади поверхности, связанной с пористостью [62].

Титан и его сплавы

Из-за их биосовместимости, прочности, легкости и высокой устойчивости к коррозии, титан и его сплавы являются имплантационными материалами, которые чаще всего используются в биомедицине [63]. Биосовместимость титановых материалов основана на тонком слое диоксида титана (TiO2), сформированном на поверхности объемного материала. Титан — очень реактивный элемент даже при комнатной температуре. Поэтому на недавно отполированной титановой поверхности будет тонкий слой TiO2. Покрытие титановых имплантатов TiO2 улучшает адгезию и остеоинтеграцию клеток [63, 64]. Остеоиндуктивность титана была продемонстрирована во множестве исследовательских работ in vivo, одной из них является работа Fujibayashi и др., когда авторы имплантировали четыре различных типа титановых имплантатов в мышцы спины взрослых собак породы гончая [65]. Данная работа включала пористые блоки и цилиндры из волоконной сетки, которые подвергались химической обработке (погружение в водный 5-M раствор NaOH при 60 °C до 24 ч) с последующей термической обработкой (нагрев до 600 °C со скоростью 5 °C/мин, выдержка при 600 °C в течение 1 ч, а затем охлаждение до естественной скорости печи) для создания биоактивной поверхности, состоящей из микропор. При этом необработанные имплантаты имели гладкую поверхность. Формирование кости было продемонстрировано только на обработанных пористых блоках после 12 месяцев имплантации, и было замечено, что оно появляется внутри пор и распространяется по всей пористой сети. К тому же только обработанные имплантаты показали формирование слоя апатита in vitro. Авторы пришли к выводу, что сложная взаимосвязанная макропористая структура пористых блоков, трехмерная микропористая структура поверхности и концентрация ионов кальция (Ca 2+) и фосфора (P+) сыграли важную роль в проявленной остеоиндуктивности титановых имплантов.

Пористый тантал, или трабекулярный металл

Трабекулярный металл — высокопористый (пористость 80 %) биоматериал из пористого тантала со структурным и механическим сходством с трабекулярной костью, который был одобрен FDA в использовании подготовки вертлужных чашек с 1997 года [33]. Потенциал врастания этого материала был продемонстрирован и был использован в первичных и ревизионных компонентах имплантатов для тотальной артропластики тазобедренного сустава с отличными ранними клиническими результатами [66]. Хотя об остеоиндуктивности танталовых материалов еще не сообщалось, Wang и др. показали, что путем модификации поверхности тантала пленкой нанотрубок из оксида тантала (Ta2O5) происходит улучшение антикоррозионных свойств, биосовместимости и остеоиндуктивного потенциала чистого тантала in vitro и in vivo [67].

Магний и его сплавы

В последнее время большой интерес вызвало использование магния и его сплавов для создания имплантационных материалов [68]. Характерными свойствами данных биоматериалов является то, что они обладают модулем продольной упругости (модуль Юнга) (41–45 ГПа), приближенным к модулю упругости и твердости кортикальной костной ткани (12–18 ГПа), с хорошей биосовместимостью и биоразлагаемостью [68]. Поскольку магний является одним из известных замещающих ионов (Mg 2+) в костных минералах, высвобождение Mg 2+ из этих материалов может способствовать прикреплению, пролиферации и миграции клеток костной ткани. Несколько исследований in vivo показали, что материалы на основе магния способствуют остеоиндукции, остеокондукции и остеогенезу при имплантации в участки дефекта костей [69][70]. Однако использование материалов на основе магния и его сплавов для образования костной ткани предстоит еще изучить.

Композиты

Каждый отдельный имплантационный материал, обсуждаемый в данной статье, имеет свои преимущества и недостатки при стимуляции регенерации и восстановления костной ткани, которые возможно преодолеть путем комбинирования различных материалов. Например, Kasuga и др. изготовили композит, состоящий из синтетического полимера PLA и карбоната кальция [71]. Полученный композит имел довольно хорошую прочность и показал улучшенный модуль продольной упругости по сравнению с применением только PLA. Более того, композит был способен образовывать на своей поверхности костеподобный слой апатита при замачивании в модельной биологической жидкости человека, тем самым проявляя биоактивный и остеокондуктивный потенциал. Было показано, что композиты PLGA/HA являются остеокондуктивными каркасами на основе фибрина со встроенными нанокристаллическими HA (нано-HA), поддерживающими формирование кости при использовании в модели дефекта свода черепа у мышей [72]. Также соединение трех природных полимеров (желатина, гиалуроновой кислоты и альгината) в трехмерный пористый композитный матрикс, синтезированный сублимационной сушкой с последующим ионным сшиванием с CaCl2, показало высокую несущую способность без деформации материала [73].

Известно, что некоторые аллопластические материалы демонстрируют остеоиндуктивность и остекондуктивность на основе керамики, когда они имеют определенный химический состав, микроструктуру и характеристики поверхности. Было разработано несколько стратегий для создания композитных материалов с потенциальной остеоиндуктивностью [32][33]. Биостекла обладают остеостимулирующим действием и демонстрируют образование карбонат-замещенного гидроксиапатитоподобного (HCA) слоя на своей поверхности как in vitro, так и in vivo, обеспечивая прочную связь между костью и окружающими тканями [74]. Кроме того, доказано, что биостекла стимулируют ангиогенную и остеогенную дифференцировку стволовых клеток путем высвобождения биоактивных ионов [53]. Следовательно, можно адаптировать свойства биостекол в композициях к конкретным нуждам: например, бор может быть добавлен в биостекла для улучшения ангиогенных свойств [75]. Также создание композитов на основе биостекол и кальций-фосфатной керамики может продемонстрировать улучшенные остеогенные свойства и позволить устранить недостатки в использовании их по отдельности [76].

Заключение

В мире существует множество коммерчески доступных продуктов для костной пластики. Однако нет четкого консенсуса относительно подходящих продуктов, включая аллопластические и имплантационные материалы для костной пластики в различных клинических случаях. Одними из преимуществ имплантационных материалов являются стандартизованное качество продукции и отсутствие риска инфекционных осложнений по сравнению с теми же ауто- и аллогенными костными трансплантатами. Поскольку аллопластические имплантационные материалы обладают слабыми способностями к регенерации, они часто применяются в комбинации с факторами роста и/или трансплантациями клеток. Основные преимущества аллопластических материалов заключаются в их биологической стабильности и поддержании объема, что делает возможной инфильтрацию клетками и ремоделирование (перестройку) костной ткани. Аллопластические материалы имеют возможность видоизменять свои остеоиндуктивные и остеокондуктивные возможности, которые зависят от их состава и методов производства, а также от их механических свойств, кристаллических структур, размеров пор, пористости и скорости резорбции.

Однако возникает вопрос, следует ли вообще называть образование эктопической кости аллопластическими материалами остеоиндукцией, или нужно предложить новый термин для названия этого явления. Поскольку конечный результат одинаков для обоих процессов, эктопического образования кости, мы полагаем, что при описании остеоиндукции биоматериалами следует использовать более описательные выражения, такие как «ограниченная остеоиндукция». К тому же имеется ограниченная информация об эффективности и безопасности аллопластических материалов, разрешенных для использования в клинической практике. Необходимы дальнейшие исследования (например, хорошо спланированные рандомизированные контролируемые исследования) для оценки клинической эффективности данных биоматериалов для костной пластики. В конце концов, в ближайшем будущем аллопластические материалы в качестве остеозамещения с высокой безопасностью и стандартизованным качеством могут быть лучшим выбором вместо ауто- и аллотрансплантатов, демонстрируя надежную остеокондуктивную и остеоиндуктивную способность.

Информация о конфликте интересов. Конфликт интересов отсутствует.

Информация о спонсорстве. Данная работа не финансировалась.

Список литературы

1. Busch A., Wegner A., Haversath M., Jäger M. Bone substitutes in orthopaedic surgery: current status and future perspectives. Z Orthop Unfall. 2021;159(3):304–13. DOI: 10.1055/a-1073-8473

2. Kofi na V., Demirer M., Erdal B.S., Eubank T.D., Yildiz V.O., Tatakis D.N., et al. Bone graft ing history aff ects soft tissue healing following implant placement. J Periodontol. 2021;92(2):234–43. DOI: 10.1002/ JPER.19-0709

3. Villatte G., Martins A., Erivan R., Pereira B., Descamps S., Boisgard S. Use of allograft to reconstruct anterior bony glenoid defect in chronic glenohumeral instability: a systematic review. Arch Orthop Trauma Surg. 2020;140(10):1475–85. DOI: 10.1007/s00402-020-03511-6

4. Burnier M., Nguyen N.T.V., Morrey M.E., O’Driscoll S.W., SanchezSotelo J. Revision elbow arthroplasty using a proximal ulnar allograft with allograft triceps for combined ulnar bone loss and triceps insuffi ciency. J Bone Joint Surg Am. 2020;102(22):2001–7. DOI: 10.2106/ JBJS.20.00414

5. Schmidt A.H. Autologous bone graft : Is it still the gold standard? Injury. 2021;52(Suppl. 2):S18–22. DOI: 10.1016/j.injury.2021.01.043

6. Coyac B.R., Sun Q., Leahy B., Salvi G., Yuan X., Brunski J.B., et al. Optimizing autologous bone contribution to implant osseointegration. J Periodontol. 2020;91(12):1632–44. DOI: 10.1002/JPER.19-0524

7. Ek E.T., Johnson P.R., Bohan C.M., Padmasekara G. Autologous bone graft ing and double screw fi xation for unstable scaphoid nonunions with cavitary bone loss. J Hand Surg Eur Vol. 2021;46(2):205–6. DOI: 10.1177/1753193420946656

8. Filipowska J., Tomaszewski K.A., Niedźwiedzki Ł., Walocha J.A., Niedźwiedzki T. The role of vasculature in bone development, regeneration and proper systemic functioning. Angiogenesis. 2017;20(3):291– 302. DOI: 10.1007/s10456-017-9541-1

9. Diomede F., Marconi G.D., Fonticoli L., Pizzicanella J., Merciaro I., Bramanti P., et al. Functional relationship between osteogenesis and angiogenesis in tissue regeneration. Int J Mol Sci. 2020;21(9):3242. DOI: 10.3390/ijms21093242

10. Haugen H.J., Lyngstadaas S.P., Rossi F., Perale G. Bone graft s: which is the ideal biomaterial? J Clin Periodontol. 2019;46(Suppl. 21):92–102. DOI: 10.1111/jcpe.13058

11. Misch C.M. Bone augmentation using allogeneic bone blocks with recombinant bone morphogenetic protein-2. Implant Dent. 2017;26(6):826–31. DOI: 10.1097/ID.0000000000000693

12. Canullo L., Genova T., Rakic M., Sculean A., Miron R., Muzzi M., et al. Eff ects of argon plasma treatment on the osteoconductivity of bone graft ing materials. Clin Oral Investig. 2020;24(8):2611–23. DOI: 10.1007/s00784-019-03119-0

13. Baldwin P., Li D.J., Auston D.A., Mir H.S., Yoon R.S., Koval K.J. Autograft , allograft , and bone graft substitutes: clinical evidence and indications for use in the setting of orthopaedic trauma surgery. J Orthop Trauma. 2019;33(4):203–13. DOI: 10.1097/BOT.0000000000001420

14. Lobb D.C., DeGeorge B.R. Jr, Chhabra A.B. Bone graft substitutes: current concepts and future expectations. J Hand Surg Am. 2019;44(6):497–505.e2. DOI: 10.1016/j.jhsa.2018.10.032

15. Sohn H.S., Oh J.K. Review of bone graft and bone substitutes with an emphasis on fracture surgeries. Biomater Res. 2019;23:9. DOI: 10.1186/ s40824-019-0157-y

16. Epple C., Haumer A., Ismail T., Lunger A., Scherberich A., Schaefer D.J., et al. Prefabrication of a large pedicled bone graft by engineering the germ for de novo vascularization and osteoinduction. Biomaterials. 2019;192:118–27. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.11.008

17. Calcei J.G., Rodeo S.A. Orthobiologics for bone healing. Clin Sports Med. 2019;38(1):79–95. DOI: 10.1016/j.csm.2018.08.005

18. Niederauer G.G., Lee D.R., Sankaran S. Bone graft ing in arthroscopy and sports medicine. Sports Med Arthrosc Rev. 2006;14(3):163–8. DOI: 10.1097/00132585-200609000-00008

19. Grambart S.T., Anderson D.S., Anderson T.D. Bone graft ing options. Clin Podiatr Med Surg. 2020;37(3):593–600. DOI: 10.1016/j. cpm.2020.03.012

20. Golubovsky J.L., Ejikeme T., Winkelman R., Steinmetz M.P. Osteobiologics. Oper Neurosurg (Hagerstown). 2021;21(Suppl 1):S2–9. DOI: 10.1093/ons/opaa383

21. Zhao H., Liang G., Liang W., Li Q., Huang B., Li A., et al. In vitro and in vivo evaluation of the pH-neutral bioactive glass as high performance bone graft s. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2020;116:111249. DOI: 10.1016/j.msec.2020.111249

22. Hosseini F.S., Nair L.S., Laurencin C.T. Inductive materials for regenerative engineering. J Dent Res. 2021;100(10):1011–9. DOI: 10.1177/00220345211010436

23. Nunziato C., Williams J., Williams R. Synthetic bone graft substitute for treatment of unicameral bone cysts. J Pediatr Orthop. 2021;41(1):e60– 6. DOI: 10.1097/BPO.0000000000001680

24. Cakir T., Yolas C. Synthetic bone graft versus autograft obtained from the spinous process in posterior lumbar interbody fusion. Turk Neurosurg. 2021;31(2):199–205. DOI: 10.5137/1019-5149.JTN.29765-20.2

25. Arif U., Haider S., Haider A., Khan N., Alghyamah A.A., Jamila N., et al. Biocompatible polymers and their potential biomedical applications: a review. Curr Pharm Des. 2019;25(34):3608–19. DOI: 10.2174/138161 2825999191011105148

26. Li H., Ma T., Zhang M., Zhu J., Liu J., Tan F. Fabrication of sulphonated poly(ethylene glycol)-diacrylate hydrogel as a bone graft ing scaffold. J Mater Sci Mater Med. 2018;29(12):187. DOI: 10.1007/s10856-018-6199-1

27. Bouler J.M., Pilet P., Gauthier O., Verron E. Biphasic calcium phosphate ceramics for bone reconstruction: A review of biological response. Acta Biomater. 2017;53:1–12. DOI: 10.1016/j.actbio.2017.01.076

28. Trombetta R., Inzana J.A., Schwarz E.M., Kates S.L., Awad H.A. 3D Printing of calcium phosphate ceramics for bone tissue engineering and drug delivery. Ann Biomed Eng. 2017;45(1):23–44. DOI: 10.1007/ s10439-016-1678-3

29. Blank A., Riesgo A., Gitelis S., Rapp T. Bone graft s, substitutes, and augments in benign orthopaedic conditions current concepts. Bull Hosp Jt Dis (2013). 2017;75(2):119–27. PMID: 28583058

30. Brett E., Flacco J., Blackshear C., Longaker M.T., Wan D.C. Biomimetics of bone implants: the regenerative road. Biores Open Access. 2017;6(1):1–6. DOI: 10.1089/biores.2016.0044

31. Fukuba S., Okada M., Nohara K., Iwata T. Alloplastic bone substitutes for periodontal and bone regeneration in dentistry: current status and prospects. Materials (Basel). 2021;14(5):1096. DOI: 10.3390/ ma14051096

32. Battafarano G., Rossi M., De Martino V., Marampon F., Borro L., Secinaro A., et al. Strategies for bone regeneration: from graft to tissue engineering. Int J Mol Sci. 2021;22(3):1128. DOI: 10.3390/ ijms22031128

33. Zhao R., Yang R., Cooper P.R., Khurshid Z., Shavandi A., Ratnayake J. Bone graft s and substitutes in dentistry: a review of current trends and developments. Molecules. 2021;26(10):3007. DOI: 10.3390/molecules26103007

34. Gao C., Qiu Z.Y., Hou J.W., Tian W., Kou J.M., Wang X. Clinical observation of mineralized collagen bone graft ing aft er curettage of benign bone tumors. Regen Biomater. 2020;7(6):567–75. DOI: 10.1093/ rb/rbaa031

35. Jang H.Y., Shin J.Y., Oh S.H., Byun J.H., Lee J.H. PCL/HA hybrid microspheres for eff ective osteogenic differentiation and bone regeneration. ACS Biomater Sci Eng. 2020;6(9):5172–80. DOI: 10.1021/ acsbiomaterials.0c00550

36. Li G., Zhao M., Xu F., Yang B., Li X., Meng X., et al. Synthesis and biological application of polylactic acid. Molecules. 2020;25(21):5023. DOI: 10.3390/molecules25215023

37. Winter G.D., Simpson B.J. Heterotopic bone formed in a synthetic sponge in the skin of young pigs. Nature. 1969;223(5201):88–90. DOI: 10.1038/223088a0

38. Winter G.D. Heterotopic bone formation in a synthetic sponge. Proc R Soc Med. 1970;63(11 Part 1):1111–5. PMID: 5484927

39. Guzzo C.M., Nychka J.A. Bone “spackling” paste: Mechanical properties and in vitro response of a porous ceramic composite bone tissue scaffold. J Mech Behav Biomed Mater. 2020;112:103958. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.103958

40. Panseri S., Montesi M., Hautcoeur D., Dozio S.M., Chamary S., De Barra E., et al. Bone-like ceramic scaffolds designed with bioinspired porosity induce a diff erent stem cell response. J Mater Sci Mater Med. 2021;32(1):3. DOI: 10.1007/s10856-020-06486-3

41. Wu K., Chen Y.C., Lin S.M., Chang C.H. In vitro and in vivo eff ectiveness of a novel injectable calcitonin-loaded collagen/ceramic bone substitute. J Biomater Appl. 2021;35(10):1355–65. DOI: 10.1177/0885328221989984

42. Kargozar S., Singh R.K., Kim H.W., Baino F. “Hard” ceramics for “Soft ” tissue engineering: Paradox or opportunity? Acta Biomater. 2020;115:1–28. DOI: 10.1016/j.actbio.2020.08.014

43. Dee P., You H.Y., Teoh S.H., Le Ferrand H. Bioinspired approaches to toughen calcium phosphate-based ceramics for bone repair. J Mech Behav Biomed Mater. 2020;112:104078. DOI: 10.1016/j. jmbbm.2020.104078

44. Zhang X., Zhou P., Chen W., Wu C. A study of hydroxyapatite ceramics and its osteogenesis. In: Ravaglioli Krajewski A., editors. Bioceramics and the human body. London: Elsevier Applied Science:1991. P. 408–16.

45. Coathup M.J., Hing K.A., Samizadeh S., Chan O., Fang Y.S., Campion C., et al. Effect of increased strut porosity of calcium phosphate bone graft substitute biomaterials on osteoinduction. J Biomed Mater Res A. 2012;100(6):1550–5. DOI: 10.1002/jbm.a.34094

46. Wang J., Chen Y., Zhu X., Yuan T., Tan Y., Fan Y., et al. Effect of phase composition on protein adsorption and osteoinduction of porous calcium phosphate ceramics in mice. J Biomed Mater Res A. 2014;102(12):4234–43. DOI: 10.1002/jbm.a.35102

47. Wan B., Wang R., Sun Y., Cao J., Wang H., Guo J., et al. Building osteogenic microenvironments with strontium-substituted calcium phosphate ceramics. Front Bioeng Biotechnol. 2020;8:591467. DOI: 10.3389/fb ioe.2020.591467

48. Tovani C.B., Oliveira T.M., Soares M.P.R., Nassif N., Fukada S.Y., Ciancaglini P., et al. Strontium calcium phosphate nanotubes as bioinspired building blocks for bone regeneration. ACS Appl Mater Interfaces. 2020;12(39):43422–34. DOI: 10.1021/acsami.0c12434

49. Wang W., Yeung K.W.K. Bone graft s and biomaterials substitutes for bone defect repair: A review. Bioact Mater. 2017;2(4):224–47. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2017.05.007

50. Rizwan M., Hamdi M., Basirun W.J. Bioglass 45S5-based composites for bone tissue engineering and functional applications. J Biomed Mater Res A. 2017;105(11):3197–223. DOI: 10.1002/jbm.a.36156

51. Kang J.H., Jang K.J., Sakthiabirami K., Oh G.J., Jang J.G., Park C., et al. Fabrication and characterization of 45s5 bioactive glass/thermoplastic composite scaffold by ceramic injection printer. J Nanosci Nanotechnol. 2020;20(9):5520–4. DOI: 10.1166/jnn.2020.17670

52. Golovchak R., Brennan C., Fletcher J., Ignatova T., Jain H. Dynamics of structural relaxation in bioactive 45S5 glass. J Phys Condens Matter. 2020;32(29):295401. DOI: 10.1088/1361-648X/ab80f3

53. Baino F., Fiume E. Elastic mechanical properties of 45s5-based bioactive glass-ceramic scaffolds. Materials (Basel). 2019;12(19):3244. DOI: 10.3390/ma12193244

54. Begum S., Johnson W.E., Worthington T., Martin R.A. The influence of pH and fluid dynamics on the antibacterial effi cacy of 45S5 Bioglass. Biomed Mater. 2016;11(1):015006. DOI: 10.1088/1748-6041/11/1/015006

55. Bauer J., Silva E Silva A., Carvalho E.M., Ferreira P.V.C., Carvalho C.N., Manso A.P., et al. Dentin pretreatment with 45S5 and niobophosphate bioactive glass: Effects on pH, antibacterial, mechanical properties of the interface and microtensile bond strength. J Mech Behav Biomed Mater. 2019;90:374–80. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2018.10.029

56. Zhao H., Liang G., Liang W., Li Q., Huang B., Li A., et al. In vitro and in vivo evaluation of the pH-neutral bioactive glass as high performance bone graft s. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2020;116:111249. DOI: 10.1016/j.msec.2020.111249

57. Selye H., Lemire Y., Bajusz E. Induction of bone, cartilage and hemopoietic tissue by subcutaneously implanted tissue diaphragms. Wilhelm Roux Arch Entwickl Mech Org. 1960;151(5):572–85. DOI: 10.1007/ BF00577813

58. Liu D., Zhu H., Zhao J., Pan L., Dai P., Gu X., et al. Synthesis of mesoporous gamma-Al2O3 with spongy structure: in-situ conversion of metal-organic frameworks and improved performance as catalyst support in hydrodesulfurization. Materials (Basel). 2018;11(7):1067. DOI: 10.3390/ma11071067

59. Denes E., Barrière G., Poli E., Lévêque G. Alumina biocompatibility. J Long Term Eff Med Implants. 2018;28(1):9–13. DOI: 10.1615/JLongTermEff MedImplants.2018025635

60. Naga S.M., El-Kady A.M., El-Maghraby H.F., Awaad M., Detsch R., Boccaccini A.R. Novel porous Al2O3-SiO2-TiO2 bone grafting materials: formation and characterization. J Biomater Appl. 2014;28(6):813– 24. DOI: 10.1177/0885328213483634

61. Byeon S.M., Lee M.H., Bae T.S. Shear bond strength of Al2O3 sandblasted Y-TZP ceramic to the orthodontic metal bracket. Materials (Basel). 2017;10(2):148. DOI: 10.3390/ma10020148

62. Shah A.M., Jung H., Skirboll S. Materials used in cranioplasty: a history and analysis. Neurosurg Focus. 2014;36(4):E19. DOI: 10.3171/2014.2.FOCUS13561

63. Xie Y., Li S., Zhang T., Wang C., Cai X. Titanium mesh for bone augmentation in oral implantology: current application and progress. Int J Oral Sci. 2020;12(1):37. DOI: 10.1038/s41368-020-00107-z

64. Herford A.S., Lowe I., Jung P. Titanium mesh grafting combined with recombinant human bone morphogenetic protein 2 for alveolar reconstruction. Oral Maxillofac Surg Clin North Am. 2019;31(2):309–15. DOI: 10.1016/j.coms.2018.12.007

65. Fujibayashi S., Neo M., Kim H.M., Kokubo T., Nakamura T. Osteoinduction of porous bioactive titanium metal. Biomaterials. 2004;25(3):443–50. DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00551-9

66. Han Q., Wang C., Chen H., Zhao X., Wang J. Porous tantalum and titanium in orthopedics: a review. ACS Biomater Sci Eng. 2019;5(11):5798–824. DOI: 10.1021/acsbiomaterials.9b00493

67. Wang N., Li H., Wang J., Chen S., Ma Y., Zhang Z. Study on the anticorrosion, biocompatibility, and osteoinductivity of tantalum decorated with tantalum oxide nanotubes array fi lms. ACS Appl Mater Interfaces. 2012;4(9):4516–23. DOI: 10.1021/am300727v

68. Ballouze R., Marahat M.H., Mohamad S., Saidin N.A., Kasim S.R., Ooi J.P. Biocompatible magnesium-doped biphasic calcium phosphate for bone regeneration. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2021;109(10):1426–35. DOI: 10.1002/jbm.b.34802

69. Coelho C.C., Padrão T., Costa L., Pinto M.T., Costa P.C., Domingues V.F., et al. The antibacterial and angiogenic effect of magnesium oxide in a hydroxyapatite bone substitute. Sci Rep. 2020;10(1):19098. DOI: 10.1038/s41598-020-76063-9

70. He F., Zhang J., Tian X., Wu S., Chen X. A facile magnesiumcontaining calcium carbonate biomaterial as potential bone graft . Colloids Surf B Biointerfaces. 2015;136:845–52. DOI: 10.1016/j. colsurfb .2015.10.027

71. Kasuga T., Maeda H., Kato K., Nogami M., Hata K., Ueda M. Preparation of poly(lactic acid) composites containing calcium carbonate (vaterite). Biomaterials. 2003;24(19):3247–53. DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00190-x

72. Naik A., Shepherd D.V., Shepherd J.H., Best S.M., Cameron R.E. The effect of the type of HA on the degradation of PLGA/HA composites. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;70(Pt 1):824–31. DOI: 10.1016/j.msec.2016.09.048

73. Singh D., Tripathi A., Zo S., Singh D., Han S.S. Synthesis of composite gelatinhyaluronic acid-alginate porous scaffold and evaluation for in vitro stem cell growth and in vivo tissue integration. Colloids Surf B Biointerfaces. 2014;116:502–9. DOI: 10.1016/j.colsurfb .2014.01.049

74. Dziadek M., Stodolak-Zych E., Cholewa-Kowalska K. Biodegradable ceramic-polymer composites for biomedical applications: A review. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;71:1175–91. DOI: 10.1016/j. msec.2016.10.014

75. Bellucci D., Sola A., Anesi A., Salvatori R., Chiarini L., Cannillo V. Bioactive glass/hydroxyapatite composites: mechanical properties and biological evaluation. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015;51:196– 205. DOI: 10.1016/j.msec.2015.02.041

76. Dawson D.R. 3rd, El-Ghannam A., Van Sickels J.E., Naung N.Y. Tissue engineering: What is new? Dent Clin North Am. 2019;63(3):433–45. DOI: 10.1016/j.cden.2019.02.009


Об авторах

У. Ф. Мухаметов
Республиканская клиническая больница им. Г.Г. Куватова
Россия

Мухаметов Урал Фаритович, к.м.н., отделение травматологии и ортопедии

Республика Башкортостан, Уфа



С. В. Люлин
Медицинский центр «Кармель»
Россия

Люлин Сергей Владимирович, д.м.н., отделение хирургии позвоночника и нейрохирургии

Челябинск



Д. Ю. Борзунов
Уральский государственный медицинский университет
Россия

Борзунов Дмитрий Юрьевич, д.м.н., профессор, кафедра травматологии и ортопедии

Екатеринбург



И. Ф. Гареев
Башкирский государственный медицинский университет
Россия

Гареев Ильгиз Фанилевич, Ph.D, Центральная научно-исследовательская лаборатория

Республика Башкортостан, Уфа



О. А. Бейлерли
Башкирский государственный медицинский университет
Россия

Бейлерли Озал Арзуман оглы — Ph.D, Центральная научно-исследовательская лаборатория

Республика Башкортостан, Уфа



G. Yang
Первый аффилированный госпиталь Харбинского медицинского университета
Китай

Guang Yang, Ph.D., профессор, кафедра нейрохирургии

провинция Хэйлунцзян, Харбин



Рецензия

Для цитирования:


Мухаметов У.Ф., Люлин С.В., Борзунов Д.Ю., Гареев И.Ф., Бейлерли О.А., Yang G. Аллопластические и имплантационные материалы для костной пластики: обзор литературы. Креативная хирургия и онкология. 2021;11(4):343-353. https://doi.org/10.24060/2076-3093-2021-11-4-343-353

For citation:


Mukhametov U.F., Lyulin S.V., Borzunov D.Y., Gareev I.F., Beylerli O.A., Yang G. Alloplastic and Implant Materials for Bone Grafting: a Literature Review. Creative surgery and oncology. 2021;11(4):343-353. (In Russ.) https://doi.org/10.24060/2076-3093-2021-11-4-343-353

Просмотров: 107


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2307-0501 (Print)
ISSN 2076-3093 (Online)