Ультраструктурне та морфометричне дослідження динаміки регенерації кісткової тканини при застосуванні комбінаціі октакальційфосфату з хітозаном і ампіциліном для остеопластики
DOI:
https://doi.org/10.26641/1997-9665.2022.4.51-59Ключові слова:
кролики, нижня щелепа, зубощелепний апарат, кісткова тканина, регенерація, остеопластичні матеріали, хітозан, морфометрія, скануюча електронна мікроскопія.Анотація
Актуальність роботи полягає у дослідженні комплексного розуміння динаміки ремоделювання кісткової тканини після створення дефекту та подальшого заповнення остеопластичним матеріалом з використанням біоматеріалу хітозану- катіонного лінійного полісахариду. Незважаючи на вже відомі результати застосування остеопластичних матеріалів у клінічній практиці та унікальні властивості хітозану, його вплив на регенерацію кісток щелепно-лицевої ділянки, її механізми та динаміка залишаються не до кінця вивченими, потребують уточнення і деталізації. Мета – визначити динаміку гістоархітектурних перебудов кістково-керамічного регенерату після трансплантації октакальційфосфату у поєднанні з хітозаном та ампіциліном в експериментальний дефект нижньої щелепи кролика. Методи. Для дослідження використовували статевозрілих кроликів-самців віком 6-7 місяців, вагою 2,5-3 кг. До контрольної групи увійшли тварини з дефектом кісткової тканини, який загоювався під кров’яним згустком. Експериментальну групу складали кролики, у яких кістковий дефект заповнювали остеотропним матеріалом з октакальційфосфатом з додаванням хітозан-ацетату з ампіциліном (ОКФ-Н-Хітозан-Ампіцилін). Контроль посттравматичного стану кісткової тканини в ділянці дефекту здійснювали впродовж 84 діб. Ультраструктурні зміни вивчали методом скануючої електронної мікроскопії. Для визначення змін складу регенерату використовували підрахунок трьох параметрів. Дані проаналізували за допомогою t-критерію Стьюдента, різницю при р < 0,05 визначили як статистично значущу. Результати. Дослідження особливостей рельєфу поверхні експериментального кісткового дефекту нижньої щелепи після імплантації матеріалу з октакальційфосфатом, хітозан-ацетатом та ампіциліном (ОКФ-Н-Хітозан-Ампіцилін) дозволило виявити численні регенераційні зміни, що відбувалися після нанесення травми та корелювали з динамікою змін відносного об’єму кісткової тканини, остеопластичного матеріалу та сполучної тканини в регенераті. Морфометричне вивчення відносного об’єму складових компонентів регенерату експериментального дефекту дозволило встановити фазовий характер динаміки досліджуваних змін. Встановлено, що остеоцитарна лакуно-канальцева система, що утворювалась після імплантації матеріалу, демонструвала ознаки типової будови. Осередки незавершеного остеогенезу не візуалізувалися. У порівнянні з контрольною групою тварин, у зоні зовнішньої кісткової пластинки після застосування матеріалу ОКФ-Н-Хітозан-Ампіцилін остеони регенерату за своєю структурою та геометрією відповідали нормі кістки коміркового відростка нижньої щелепи. Висновки. Встановлено, що в експериментальній групі тварин, у яких пластику дефекту проводили з використанням матеріалу ОКФ-Н-Хітозан-Ампіцилін, спостерігалося активне збільшення відносного об’єму кісткової тканини в регенераті, яке за напрямком динаміки було схожим на таку в контрольній групі, проте за інтенсивністю змін значно перевершувало та випереджало контроль.
Посилання
Xue N, Ding X, Huang R, Jiang R, Huang H, Pan X, et al. Bone tissue engineering in the treatment of bone defects. Pharmaceuticals. 2022;15:879. https://doi.org/10.3390/ph15070879
Valtanen, R. S., Yang, Y. P., Gurtner, G. C., Maloney, W. J., & Lowenberg, D. W. Synthetic and Bone tissue engineering graft substitutes: What is the future?. Injury. 2021;52 Suppl 2:S72-S77. https://doi.org/10.1016/j.injury.2020.07.040
Aguilar A, Zein N, Harmouch E, Hafdi B, Bornert F, Offner D, et al. Application of chitosan in bone and dental engineering. Molecules. 2019;24(16):3009. https://doi.org/10.3390/molecules24163009
Dodero A, Scarfi S, Mirata S, Sionkowska A, Vicini S, Alloisio M, et al. Effect of crosslinking type on the physical-chemical properties and biocompatibility of chitosan-based electrospun membranes. Polymers (Basel). 2021;13(5):831. https://doi.org/10.3390/polym13050831
Roffi A, Kon E, Perdisa F, Fini M, Di Martino A, Parrilli A, et al. A composite chitosan-reinforced scaffold fails to provide osteochondral regeneration. Int J Mol Sci. 2019;20(9):2227. https://doi.org/10.3390/ijms20092227
Migliorini F, Cuozzo F, Torsiello E, Spiezia F, Oliva F, Maffulli N. Autologous bone grafting in trauma and orthopaedic surgery: an evidence-based narrative review. J Clin Med. 2021;10:4347. https://doi.org/10.3390/jcm10194347
Gillman CE, Jayasuriya AC. FDA-approved bone grafts and bone graft substitute devices in bone regeneration. Mater Sci Eng C. 2021;130:112466. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112466
Hamada S, Mori Y, Shiwaku Y, Hamai R, Tsuchiya K, Baba K, et al. Octacalcium phosphate/gelatin composite (OCP/Gel) enhances bone repair in a critical-sized transcortical femoral defect rat model. Clin Orthop Relat Res. 2022;480:2043–55. https://doi.org/10.1097/CORR.0000000000002257
Jeong C-H, Kim J, Kim HS, Lim S-Y, Han D, Huser AJ, et al. Acceleration of bone formation by octacalcium phosphate composite in a rat tibia critical-sized defect. J Orthop Transl. 2022;37:100–12. https://doi.org/10.1016/j.jot.2022.09.007
Maliki S, Sharma G, Kumar A, Moral-Zamorano M, Moradi O, Baselga J, et al. Chitosan as a tool for sustainable development: A mini review. Polymers (Basel). 2022;14(7):1475. https://doi.org/10.3390/polym14071475
Ke CL, Deng FS, Chuang CY, Lin CH. Antimicrobial actions and applications of chitosan. Polymers (Basel). 2021;13(6):904. https://doi.org/10.3390/polym13060904
Shah FA, Ruscsák K, Palmquist A. 50 years of scanning electron microscopy of bone – a comprehensive overview of the important discoveries made and insights gained into bone material properties in health, disease, and taphonomy. Bone Res. 2019;7:15. https://doi.org/10.1038/s41413-019-0053-z
Goldstein JI, Newbury DE, Michael JR, Ritchie NWM, Scott JHJ, Joy DC. Scanning electron microscopy and X-Ray microanalysis. New York, NY: Springer New York; 2017. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-6676-9
Aescht E, Büchl-Zimmermann S, Burmester A, Dänhardt-Pfeiffer S, Desel C, Hamers C, et al. Romeis mikroskopische technik. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag; 2010. https://doi.org/10.1007/978-3-8274-2254-5
European Convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. Strasburg: Council of Europe. 1986;123:52.
Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the Protection of Animals Used for Scientific Purposes. Off J Eur Union. 2010;53(L276):33–79.
Paramita P, Ramachandran M, Narashiman S, et al. Sol-gel based synthesis and biological properties of zinc integrated nano bioglass ceramics for bone tissue regeneration. J Mater Sci Mater Med. 2021;32(1):5. https://doi.org/10.1007/s10856-020-06478-3
Gómez-Barrena E, Padilla-Eguiluz N, Rosset P, Gebhard F, Hernigou P, Baldini N, et al. Early efficacy evaluation of mesenchymal stromal cells (MSC) combined to biomaterials to treat long bone non-unions. Injury. 2020;51(1):S63-S73. https://doi.org/10.1016/j.injury.2020.02.070
Yan Y, Cheng B, Chen K, Cui W, Qi J, Li X, Deng L. Enhanced osteogenesis of bone marrow-derived mesenchymal stem cells by a functionalized silk fibroin hydrogel for bone defect repair. Adv Healthc Mater. 2019;8(3):e1801043. https://doi.org/10.1002/adhm.201801043
Pandini FE, Kubo FMM, Plepis AMdG, Martins VdCA, da Cunha MR, Silva VR, et al. In vivo study of nasal bone reconstruction with collagen, elastin and chitosan membranes in abstainer and alcoholic rats. Polymers. 2022; 14(1):188. https://doi.org/10.3390/polym14010188
Silva SK, Plepis AMG, Martins VDCA, Horn MM, Buchaim DV, Buchaim RL, et al. Suitability of chitosan scaffolds with carbon nanotubes for bone defects treated with photobiomodulation. Int J Mol Sci. 2022;23(12):6503. https://doi.org/10.3390/ijms23126503
European Pharmacopoeia. 10th ed. Council of Europe, European Directorate for the Quality of Medicines Healthcare; Strasbourg, France: 2019.
The United States Pharmacopeial Convention . The United States Pharmacopeia: The National Formulary. The United States Pharmacopeial Convention; Rockville, MD, USA: 2018.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно поширювати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис до редакції журналу «Morphologia», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції матеріалу, в тому числі таких об'єктів, що охороняються авторським правом, як фотографії автора, малюнки, схеми, таблиці і т.п.), в тому числі на відтворення в пресі і в мережі Інтернет; на поширення; на переклад рукопису на будь-які мови; експорту та імпорту примірників журналу зі статтею Авторів з метою поширення, доведення до загального відома. Зазначені вище права Автори передають Редакції без обмеження терміну їх дії і на території всіх країн світу без обмеження.
Автори гарантують, що вони мають виняткові права на використання матеріалів, переданих до редакції. Редактори не несуть відповідальності перед третіми особами за порушення гарантії, надані авторами. Розглянуті права передаються до редакції з моменту підписання поточної публікації для публікації. Відтворення матеріалів, опублікованих в журналі іншими особами та юридичними особами, можливе лише за згодою редакції, з обов'язковим зазначенням повної бібліографічного посилання первинної публікації. Автори залишають за собою право використовувати опублікований матеріал, його фрагменти і частини для навчальних матеріалів, усні презентації, підготовку дисертації дисертації з обов'язковою бібліографічною посиланням на оригінальну роботу. Електронна копія опублікованій статті, що завантажується з офіційного веб-сайту журналу в форматі .pdf, може бути розміщена авторами на офіційному веб-сайті їх установ, будь-яких інших офіційних ресурсах з відкритим доступом.
