[go: up one dir, main page]

RU2830364C1 - Method for simulating bone defect on olecranon of sheep for studying regenerative potential of osteoplastic materials - Google Patents

Method for simulating bone defect on olecranon of sheep for studying regenerative potential of osteoplastic materials Download PDF

Info

Publication number
RU2830364C1
RU2830364C1 RU2024123641A RU2024123641A RU2830364C1 RU 2830364 C1 RU2830364 C1 RU 2830364C1 RU 2024123641 A RU2024123641 A RU 2024123641A RU 2024123641 A RU2024123641 A RU 2024123641A RU 2830364 C1 RU2830364 C1 RU 2830364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bone
defects
sheep
olecranon
experimental
Prior art date
Application number
RU2024123641A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Стоматов
Александр Владимирович Стоматов
Александр Александрович Долгалев
Надежда Игоревна Макарова
Original Assignee
Дмитрий Владимирович Стоматов
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Владимирович Стоматов filed Critical Дмитрий Владимирович Стоматов
Application granted granted Critical
Publication of RU2830364C1 publication Critical patent/RU2830364C1/en

Links

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to experimental maxillofacial surgery and surgical dentistry. Access is gained to the olecranon process of the sheep's ulna. Trepanation defects are performed in bone tissue 5 mm deep and 7 mm in diameter. Formed bone columns are removed to form cylindrical bone defects. Then formed bone defects are filled with granules of experimental osteoplastic materials.
EFFECT: method enables to obtain complete information on changes in the area of implanted defects at different stages of the regenerative process, to assess the effectiveness and safety of osteoplastic materials.
1 cl, 12 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к экспериментальной челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии.The invention relates to the field of medicine, namely to experimental maxillofacial surgery and surgical dentistry.

Развитие направления дентальной имплантации как метода замещения дефектов зубных рядов в последние десятилетия обусловливает повышенный интерес клиницистов к способам восстановления утраченного объема костной ткани альвеолярного гребня. Традиционно для восстановления атрофичных гребней используются различные варианты костных трансплантатов: аутогенные, ксеногенные, аллогенные, синтетические. Аутологичная кость, являясь «золотым стандартом», тем не менее, не лишена некоторых недостатков, к которым следует отнести ограниченный объем, дополнительное травмирование пациента в донорской зоне, удлинение времени операции и ее технической сложности при заборе трансплантата, а также возможные затруднения с получением согласия пациента на дополнительное вмешательство [1, 2]. The development of dental implantation as a method of replacing dental defects in recent decades has caused increased interest among clinicians in methods of restoring the lost volume of alveolar ridge bone tissue. Traditionally, various types of bone grafts are used to restore atrophic ridges: autogenous, xenogeneic, allogeneic, and synthetic. Autologous bone, being the “gold standard,” is nevertheless not without some disadvantages, which include limited volume, additional trauma to the patient in the donor area, increased surgical time and technical complexity when collecting the graft, as well as possible difficulties in obtaining the patient’s consent for additional intervention [1, 2].

Разработка новых остеопластических материалов требует экспериментального исследования их безопасности и эффективности на доклиническом этапе. С этой целью используются различные виды животных, такие как мышь, крыса, морская свинка, кролик, собака, коза и овца. Кроме того, для изучения вопросов биосовместимости используются различные места имплантации и методы. Среди них внутрибрюшинное, подкожное, внутрикостное и внутримышечное применение [3].The development of new osteoplastic materials requires experimental studies of their safety and efficacy at the preclinical stage. For this purpose, various animal species are used, such as mice, rats, guinea pigs, rabbits, dogs, goats, and sheep. In addition, various implantation sites and methods are used to study biocompatibility issues. Among them are intraperitoneal, subcutaneous, intraosseous, and intramuscular applications [3].

Использование грызунов (крысы, кролики) в качестве животной модели широко применяется в силу своей доступности, однако не может служить полноценной моделью для оценки регенерации костной ткани человека по ряду причин, среди которых различия в микроархитектонике, скорости изменений и метаболизме костной ткани [1, 4]. Механизмы регенерации кости зависят от размера дефекта, поскольку на транспорт кислорода и питательных веществ, миграцию клеток и прорастание сосудов в зону дефекта сильно влияют расстояния, которые приходится преодолевать [1]. Из-за малых размеров костей скелета у грызунов невозможно воссоздание больших дефектов, также ограничено количество рекомендуемых имплантатов на одну особь. В частности, для кроликов, не более 6 имплантатов, согласно стандарту биологической оценки медицинских изделий ISO [4]. The use of rodents (rats, rabbits) as an animal model is widely used due to their availability, but they cannot serve as a full-fledged model for assessing human bone tissue regeneration for a number of reasons, including differences in microarchitecture, rate of change and metabolism of bone tissue [1, 4]. The mechanisms of bone regeneration depend on the size of the defect, since the transport of oxygen and nutrients, cell migration and vascular growth into the defect area are greatly affected by the distances that must be overcome [1]. Due to the small size of the skeletal bones in rodents, it is impossible to recreate large defects, and the number of recommended implants per individual is also limited. In particular, for rabbits, no more than 6 implants, according to the ISO standard for biological evaluation of medical devices [4].

При выборе вида животного для экспериментального исследования также важны такие факторы, как легкость содержания, доступность, этическая сторона вопроса. В частности, использование некоторых животных, например, собак, может быть не одобрено общественностью. В то же время с целью минимизации количества особей, используемых в эксперименте, применение более крупных животных позволяет нам создание нескольких дефектов в одной особи. When choosing an animal species for experimental research, factors such as ease of maintenance, availability, and the ethical side of the issue are also important. In particular, the use of some animals, such as dogs, may not be approved by the public. At the same time, in order to minimize the number of individuals used in the experiment, the use of larger animals allows us to create several defects in one individual.

Наиболее частым используемым видом животных при сегментарных дефектах костей является овца [4]. Овцы - крупные животные, имеющие сопоставимые с людьми скорость ремоделирования и метаболизма костной ткани. Размеры костей скелета представителей данного вида позволяют создать у одной особи несколько дефектов, что удовлетворяет современному требованию на рациональное использование животных в эксперименте и сокращение их количества [5]. The most frequently used animal species for segmental bone defects is the sheep [4]. Sheep are large animals with a rate of bone remodeling and metabolism comparable to humans. The size of the skeletal bones of this species allows for the creation of several defects in one individual, which meets the modern requirement for the rational use of animals in experiments and a reduction in their number [5].

В литературе описано множество вариантов локализации дефектов в скелете овец: подвздошная кость, лопатка, бедренная и большеберцовая кости [1, 2, 5, 6]. Однако использование предлагаемых локализаций в длинных костях скелета не отвечает требованию сходной архитектоники костной ткани с альвеолярным гребнем челюсти человека, требует сложной хирургической техники, иммобилизации или установки наружных элементов фиксации у животного. Кроме того, при формировании костного дефекта цилиндрической формы в трубчатой кости может возникать сообщение с костномозговой полостью и как следствие контакт с нею исследуемого остеопластического материала, что повлияет на чистоту эксперимента. Формирование дефектов в подвздошной кости и лопатке, хотя и предоставляет зону с более предпочтительным соотношением компактного и губчатого вещества, тем не менее, также подразумевает достаточно сложный оперативный доступ. Моделирование дефекта в челюстных костях у баранов и овец затруднено в связи с анатомическими особенностями расположения корней зубов и сосудисто-нервного пучка [7, 8]. У молодой особи в проекции формирования костного дефекта на челюстях препятствием являются зачатки постоянных зубов. The literature describes many variants of defect localization in the sheep skeleton: ilium, scapula, femur and tibia [1, 2, 5, 6]. However, the use of the proposed localizations in the long bones of the skeleton does not meet the requirement of similar bone tissue architecture with the alveolar ridge of the human jaw, requires complex surgical techniques, immobilization or installation of external fixation elements in the animal. In addition, when forming a cylindrical bone defect in a tubular bone, a connection with the bone marrow cavity may occur and, as a consequence, contact with the studied osteoplastic material with it, which will affect the purity of the experiment. The formation of defects in the ilium and scapula, although it provides an area with a more preferable ratio of compact and spongy matter, nevertheless, also implies a fairly complex surgical approach. Modeling a defect in the jaw bones of rams and sheep is difficult due to the anatomical features of the location of the roots of the teeth and the vascular-nerve bundle [7, 8]. In a young individual, the rudiments of permanent teeth are an obstacle in the projection of the formation of a bone defect on the jaws.

Известен патент на изобретение № RU2730970 «Способ создания экспериментальной модели периимплантита». У взрослой овцы Северо-Кавказской породы производят перфорацию кортикальной пластинки челюстной кости по вершине альвеолярного гребня беззубого участка челюсти хирургической фрезой диаметром 2 мм со скоростью вращения 1200 об/мин на глубину 5 мм без охлаждения. Устанавливают одноэтапный винтовой дентальный имплантат диаметром 2,5 мм, длиной 10 мм, с крутящим моментом 15 Нсм, на внутрикостную часть которого предварительно накручена лигатура из хлопковой нити. Способ позволяет исключить летальность подопытных субъектов, получив при этом полноценную модель периимплантита с большим объемом окружающих тканей, доступных для исследования.Known patent for invention No. RU2730970 "Method for creating an experimental model of peri-implantitis". In an adult North Caucasian sheep, perforation of the cortical plate of the jaw bone is performed along the apex of the alveolar ridge of the toothless section of the jaw with a surgical cutter with a diameter of 2 mm at a rotation speed of 1200 rpm to a depth of 5 mm without cooling. A one-stage screw dental implant with a diameter of 2.5 mm, a length of 10 mm, with a torque of 15 Ncm is installed, on the intraosseous part of which a ligature made of cotton thread is pre-wound. The method allows to exclude the lethality of experimental subjects, while obtaining a full-fledged model of peri-implantitis with a large volume of surrounding tissues available for study.

Недостатком данного способа является, что создание экспериментальной модели не предназначено для исследования регенераторного потенциала остеопластических материалов.The disadvantage of this method is that the creation of an experimental model is not intended to study the regenerative potential of osteoplastic materials.

Так же известен патент на изобретение № RU2345423 «Способ моделирования костного дефекта бедренной кости». Сущность способа моделирования костного дефекта бедренной кости заключается в том, что интрамедулярно проводят спицу и затем осуществляют циркулярный разрез с сохранением латеральной губы бедренной кости. Использование данного изобретения по словам авторов позволит получить модель, более адекватную по клиническому течению и рентгенологическим проявлениям к костным дефектам бедренной кости человека, скальчатым переломам длинных трубчатых костей, однако данная модель анатомически не схожа с костной тканью челюстей человека.Also known is the patent for invention No. RU2345423 "Method for modeling a bone defect of the femur". The essence of the method for modeling a bone defect of the femur is that a pin is inserted intramedullary and then a circular incision is made while preserving the lateral lip of the femur. According to the authors, the use of this invention will allow obtaining a model that is more adequate in terms of the clinical course and radiographic manifestations to bone defects of the human femur, cystic fractures of long tubular bones, however, this model is not anatomically similar to the bone tissue of the human jaws.

И патент на изобретение № RU2758556 «Способ моделирования дефекта костной ткани для изучения остеоинтеграции костнопластического материала и регенерации губчатой костной ткани в эксперименте на кроликах». Способ предполагает рассечение апоневроза области ростральной половины гребня подвздошной кости. Тупо отслаивают мышцы. Формируют краевой прямоугольный дефект в ростральной половине гребня подвздошной кости, не резецируя переднюю ость и внутренний кортикальный слой. В дефект устанавливают прямоугольной формы костнопластический материал и фиксируют его костным швом. Осуществляют шов мышц и апоневроза. Способ позволяет создать адекватную модель для изучения остеоинтеграции костнопластических материалов и регенерации губчатой ткани путем обеспечения имплантации достаточного для изучения количества имплантируемого материала, снижения риска миграции трансплантата, низкой травматичности, сохранения функции конечностей для повседневной активности животного в ходе эксперимента и исключения повреждения.And patent for invention No. RU2758556 "Method for modeling a bone tissue defect for studying the osseointegration of bone-plastic material and regeneration of spongy bone tissue in an experiment on rabbits." The method involves dissecting the aponeurosis of the region of the rostral half of the iliac crest. The muscles are bluntly peeled off. A marginal rectangular defect is formed in the rostral half of the iliac crest, without resecting the anterior spine and the internal cortical layer. A rectangular bone-plastic material is installed in the defect and fixed with a bone suture. The muscles and aponeurosis are sutured. The method makes it possible to create an adequate model for studying the osseointegration of bone-plastic materials and the regeneration of spongy tissue by ensuring the implantation of a sufficient amount of implanted material for the study, reducing the risk of graft migration, low trauma, maintaining limb function for the animal's daily activities during the experiment and eliminating damage.

Недостатки данного способа обусловлены малыми размерами костей скелета у грызунов невозможно воссоздание больших дефектов, также ограничено количество рекомендуемых имплантатов на одну особь.The disadvantages of this method are due to the small size of the skeletal bones in rodents; it is impossible to recreate large defects; the number of recommended implants per individual is also limited.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является патент на изобретение № RU 2820621 «Способ экспериментального моделирования хирургических вмешательств на нижней челюсти». Способ предполагает, что предварительно введенное под наркоз животное располагают на операционном столе. Осуществляют доступ к области операционного интереса путем применения наружного операционного доступа. При этом сначала создают линейный разрез кожи и мягких тканей вдоль основания нижней челюсти от подбородочного выступа до угла челюсти. Производят разрез до кости. После этого производят отслоение надкостницы в области операционного интереса. Далее отгибают отслоенный участок, обнажая челюстную кость. Затем на обнаженном участке осуществляют экспериментальные хирургические стоматологические манипуляции. Производят ушивание раны многорядным швом при помощи резорбируемого шовного материала. Далее наблюдают животное в послеоперационном периоде с осуществлением исследований биологических процессов в области проведенных экспериментальных хирургических стоматологических манипуляций. Способ позволяет безопасно, с низкой травматизацией, осуществлять экспериментальные хирургические стоматологические манипуляции, обеспечивает быстрое восстановление после операции, позволяет наблюдать животное в долгосрочной перспективе.The closest analogue of the claimed invention is patent for invention No. RU 2820621 "Method of experimental modeling of surgical interventions on the lower jaw". The method assumes that an animal previously put under anesthesia is placed on the operating table. Access to the area of operative interest is provided by using external operative access. In this case, first, a linear incision is made in the skin and soft tissues along the base of the lower jaw from the chin protrusion to the angle of the jaw. An incision is made to the bone. After this, the periosteum is peeled off in the area of operative interest. Next, the peeled off area is folded back, exposing the jaw bone. Then, experimental surgical dental manipulations are performed on the exposed area. The wound is sutured with a multi-row suture using resorbable suture material. Then, the animal is observed in the postoperative period with the implementation of studies of biological processes in the area of the experimental surgical dental manipulations. The method allows for safe, low-trauma experimental surgical dental manipulations, ensures rapid recovery after surgery, and allows for long-term observation of the animal.

Однако, недостатком данного способа хирургического вмешательства является, что моделирования дефекта в челюстных костях животных может быть затруднено в связи с анатомическими особенностями расположения корней зубов и сосудисто-нервного пучка. Выполнение костных дефектов в области жевательного аппарата животного может снижать аппетит и замедлять восстановление в послеоперационном периоде.However, the disadvantage of this method of surgical intervention is that modeling a defect in the jaw bones of animals can be difficult due to the anatomical features of the location of the roots of the teeth and the vascular-nerve bundle. Performing bone defects in the area of the masticatory apparatus of an animal can reduce appetite and slow down recovery in the postoperative period.

Учитывая вышеперечисленные недостатки, задачей изобретения является поиск новых областей и способов хирургического доступа для создания экспериментальной модели исследования остеопластических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что способ моделирования костного дефекта осуществляется за счет доступа к локтевому отростку локтевой кости овцы, выполняют трепанационные дефекты в костной ткани глубиной 5мм, диаметром 7мм, образованные костные столбики удаляют, формируя костные дефекты цилиндрической формы, затем заполняют сформированные костные дефекты гранулами экспериментальных остеопластических материалов. Технический результат достигается за счет использования в качестве экспериментальной живой модели область локтевого отростка локтевой кости овцы, а так же разработанного хирургического способа, обеспечивающего доступ к отростку и формирование на нем костных дефектов соответствующих понятию критического по определению дефекта наименьшего размера, не заживающего без лечения в течение определенного периода. Что позволяет выполнять экспериментальные исследования регенераторного потенциала гранул остеопластических материалов с наименьшим травматизмом для животного и обеспечивая быструю реабилитацию в послеоперационном периоде.Taking into account the above disadvantages, the objective of the invention is to find new areas and methods of surgical access to create an experimental model for studying osteoplastic materials. The essence of the invention is that the method for modeling a bone defect is carried out by accessing the olecranon process of the ulna of a sheep, trepanation defects are made in bone tissue with a depth of 5 mm, a diameter of 7 mm, the formed bone columns are removed, forming bone defects of a cylindrical shape, then the formed bone defects are filled with granules of experimental osteoplastic materials. The technical result is achieved by using the olecranon process of the ulna of a sheep as an experimental living model, as well as the developed surgical method that provides access to the process and the formation of bone defects on it corresponding to the concept of a critical defect by definition of the smallest size, which does not heal without treatment during a certain period. This allows for experimental studies of the regenerative potential of granules of osteoplastic materials to be carried out with minimal trauma to the animal and ensuring rapid rehabilitation in the postoperative period.

Способ обеспечивает возможность получения полноценной информации об изменениях в области имплантируемых дефектов на различных стадиях регенераторного процесса, оценить эффективность и безопасность остеопластических материалов. The method provides the possibility of obtaining complete information about changes in the area of implanted defects at various stages of the regenerative process, and assessing the effectiveness and safety of osteoplastic materials.

Заявляемое изобретение поясняется с помощью Фиг.1-7, где на The claimed invention is explained with the help of Fig. 1-7, where

Фиг. 1 – разрез кожи по контуру локтевого отростка овцыFig. 1 – skin incision along the contour of the olecranon of a sheep

Фиг. 2 – формирование трепанационных костных столбиковFig. 2 – formation of trepanation bone columns

Фиг. 3 – удаление прямым люксатором костных столбиковFig. 3 – removal of bone columns with a straight luxator

Фиг. 4 – формирование костных дефектов за счет имплантации гранул остеопластических материаловFig. 4 – formation of bone defects due to implantation of granules of osteoplastic materials

Фиг. 5 – изоляция костных дефектовFig. 5 – Isolation of bone defects

Фиг. 6 – ушивание операционной раныFig. 6 – suturing of the surgical wound

Фиг. 7 – схема имплантации гранул остеопластических материалов в локтевой отросток овцы, слева (А), справа (Б)Fig. 7 – diagram of implantation of granules of osteoplastic materials into the olecranon of a sheep, left (A), right (B)

Фиг. 8 – операция на локтевом отростке овцы. А – Вид сформированных дефектов в локтевом отростке овцы. Б – Операционное поле после фиксации коллагеновой мембраны. Момент нанесения метки нерезорбируемой шовной нитью (синего цвета)Fig. 8 – operation on the olecranon of a sheep. A – View of the formed defects in the olecranon of a sheep. B – The surgical field after fixation of the collagen membrane. The moment of applying the mark with a non-resorbable suture thread (blue)

Фиг. 9 – вид операционной области после наложения швовFig. 9 – view of the operating area after suturing

Фиг. 10 – контрольная рентгенограмма локтевого отростка овцы сразу после операции. Визуализируются 4 трепанационных отверстия, титановые пины, фиксирующие коллагеновую мембрануFig. 10 – control radiograph of the olecranon of a sheep immediately after surgery. Four trepanation holes and titanium pins fixing the collagen membrane are visualized.

Фиг. 11 – визуализация в программе DataViewer и CTvoxFig. 11 – visualization in the DataViewer and CTvox programs

Фиг. 12 – гистотопограммы криосрезов образцов гранул остеопластических материалов контрольной группы через 3 недели ортотопической имплантации в локтевой отросток овцыFig. 12 – histotopograms of cryosections of samples of granules of osteoplastic materials of the control group after 3 weeks of orthotopic implantation in the olecranon of a sheep

Способ включает в себя:The method includes:

1. Выполнение углообразного разреза кожи по контуру локтевого отростка овцы отступая от его края 1,5 см согласно Фиг.11. Making an angular incision in the skin along the contour of the sheep's elbow, retreating 1.5 cm from its edge, according to Fig. 1

2. Формирование трепанационной фрезой d7 мм L10 под внешним охлаждением трепанационные костные столбики на глубину 5мм согласно Фиг.2.2. Formation of trepanation bone columns to a depth of 5 mm using a d7 mm L10 trepanation cutter under external cooling, according to Fig. 2.

3. Удаление прямым люксатором костных столбиков, формируя костные дефекты согласно Фиг.3.3. Removal of bone columns with a straight luxator, forming bone defects according to Fig. 3.

4. Фиксация коллагеновой мембраны. Формирование костных дефектов за счет имплантации гранул остеопластических материалов согласно Фиг.4.4. Fixation of the collagen membrane. Formation of bone defects by implantation of granules of osteoplastic materials according to Fig.4.

5. Изоляция коллагеновой мембраной костных дефектов, окончательное фиксирование пинами согласно Фиг.5.5. Isolation of bone defects with a collagen membrane, final fixation with pins according to Fig.5.

6. Послойное ушивание операционной раны согласно Фиг.6.6. Layer-by-layer suturing of the surgical wound according to Fig.6.

7. Выведение животного из эксперимента на 3 неделях, 3 и 6 месяце, забор локтевых отростков овцы. Проведение исследования препаратов посредством компьютерной микротомографии и гистологического метода.7. Withdrawal of the animal from the experiment at 3 weeks, 3 and 6 months, collection of the sheep's elbow processes. Conducting a study of the preparations using computer microtomography and the histological method.

Экспериментально-клинический пример.Experimental and clinical example.

В работе использовалась модель местного действия материала после имплантации в область дефекта костной ткани животных. Дефект представлял собой трепанацию в области локтевых отростков передних правой и левой конечностях (по 4 дефекта в каждом отростке, всего 8 дефектов). Все созданные дефекты имели глубину 5 мм, диаметр 7 мм, согласно Фиг.7.The work used a model of local action of the material after implantation in the area of the bone tissue defect of animals. The defect was a trepanation in the area of the elbow processes of the front right and left limbs (4 defects in each process, a total of 8 defects). All created defects had a depth of 5 mm, a diameter of 7 mm, according to Fig. 7.

В эксперименте использовали 7 групп экспериментальных образцов согласно таблице 1, остеопластического материала и 1 контроль. В качестве последнего использовали кровяной аутосгусток. В каждой группе образцов размер крошки составлял 0,25-1 мм.The experiment used 7 groups of experimental samples according to Table 1, osteoplastic material and 1 control. The latter was a blood autoclot. In each group of samples, the crumb size was 0.25-1 mm.

Таблица 1 - Группы экспериментальных образцовTable 1 - Groups of experimental samples

ГруппаGroup МатериалMaterial Дополнительные параметры обработкиAdditional processing options 1. Mineral 1.1 + коллагеновый гель1. Mineral 1.1 + collagen gel Смесь минеральных гранул из телячьего сырья и лиофилизированного коллагенового геля A mixture of mineral granules from veal raw materials and lyophilized collagen gel Минеральные гранулы приготовлены по технологии 1.1 (коммерческая обработка), удаление органического компонента проводилось с помощью высокотемпературной обработки. Смесь приготовлена в соотношении 1/9 по массе (1-крошка, 9-лиофилизат коллагенового геля).Mineral granules were prepared using technology 1.1 (commercial processing), the organic component was removed using high-temperature processing. The mixture was prepared in a ratio of 1/9 by weight (1-crumb, 9-lyophilisate of collagen gel). 2. Mineral 1.1 2. Mineral 1.1 Минеральные гранулы из телячьего сырья без органического компонента Mineral granules from veal raw materials without organic component Минеральные гранулы изготовлены по технологии 1.1 (коммерческая обработка), удаление органического компонента проводилось с помощью высокотемпературной обработки. Mineral granules are manufactured using technology 1.1 (commercial processing), the removal of the organic component was carried out using high-temperature processing. 3. Свиной mineral 2.0 3. Pork mineral 2.0 Минеральные гранулы из свиного сырья без органического компонента Mineral granules from pig raw materials without organic component Минеральные гранулы изготовлены по технологии 2.0, удаление органического компонента проводилось в щелочной среде, в течение 2-х суток. Mineral granules are manufactured using technology 2.0, the removal of the organic component was carried out in an alkaline environment for 2 days. 4. Телячий mineral 2.0 4. Veal mineral 2.0 Минеральные гранулы из телячьего сырья без органического компонента Mineral granules from veal raw materials without organic component Минеральные гранулы изготовлены по технологии 2.0, удаление органического компонента проводилось в щелочной среде, в течение 2-х суток. Mineral granules are manufactured using technology 2.0, the removal of the organic component was carried out in an alkaline environment for 2 days. 5. Collagen Sf 5. Collagen Sf Коллагеновые гранулы, с органической и минеральной составляющими, из телячьего сырья Collagen granules, with organic and mineral components, from veal raw materials Деминерализация проводилась в форме гранул, с помощью неорганических кислот. Уровень деминерализации – субтотальный. Сохранено 35-60% минерального компонента. Demineralization was carried out in the form of granules, using inorganic acids. The level of demineralization is subtotal. 35-60% of the mineral component is preserved. 6. Collagen Tt 6. Collagen Tt Коллагеновые гранулы без минеральной составляющей, из телячьего сырья Collagen granules without mineral component, from veal raw materials Деминерализация проводилась в форме гранул, с помощью неорганических кислот. Уровень деминерализации – тотальный. Сохранено 0% минерального компонента. Demineralization was carried out in the form of granules, using inorganic acids. The level of demineralization is total. 0% of the mineral component is preserved. 7. Collagen Nd 7. Collagen Nd Недеминерализованные гранулы из телячьего сырья Non-demineralized pellets from veal raw materials Гранулы изготовлены без проведения деминерализации. Сохранен органический и минеральный компоненты Granules are made without demineralization. Organic and mineral components are preserved 8. Контроль 8. Control Кровяной сгусток Blood clot

Ход операции на локтевом отростке овцы: по контуру наружной поверхности локтевого отростка локтевой кости овцы, отступая 1,5 см от его края, проводили угловой разрез кожи. Распатором скелетировали кортикальную пластинку локтевого отростка. Используя стоматологическую трепанационную фрезу D=7мм и L= 10, применяемую в хирургии полости рта для забора костных блоков, угловой наконечник и физиодиспенсер марки W&H. Под внешним охлаждением выполняли 4 трепанационных дефекта в костной ткани глубиной 5 мм, диаметром 7мм. Образованные костные столбики удаляли прямым периотомом открывая костные девекты цилиндрической формы. В полученные дефекты имплантации гранулы остеопластических материалов. В каждой зоне имплантации у 1-го и 5-го образцов делали метку нерезорбируемой шовной нитью. Дефекты с имплантированными гранулами остеопластических материалов изолировали от окружающих мягких тканей барьерной мембраной «BioPlate Barrier» (производство Кардиоплант), которую фиксировали титановыми пинами. Кожный лоскут возвращали на место и фиксировали швами Viсryl 4.0 Имплантацию проводили согласно Фиг. 8-9.The procedure for performing the operation on the sheep olecranon: an angular skin incision was made along the contour of the outer surface of the olecranon of the sheep ulna, retreating 1.5 cm from its edge. The cortical plate of the olecranon was skeletonized with a raspatory. A dental trepanation cutter D=7 mm and L= 10, used in oral surgery for collecting bone blocks, an angular tip and a W&H physiodispenser were used. Under external cooling, 4 trepanation defects were made in the bone tissue 5 mm deep and 7 mm in diameter. The formed bone columns were removed with a straight periotome, opening cylindrical bone defects. Granules of osteoplastic materials were implanted into the resulting defects. A mark was made with a non-resorbable suture thread in each implantation zone for the 1st and 5th samples. Defects with implanted granules of osteoplastic materials were isolated from the surrounding soft tissues by a barrier membrane "BioPlate Barrier" (manufactured by Cardioplant), which was fixed with titanium pins. The skin flap was returned to its place and fixed with Viсryl 4.0 sutures. Implantation was performed according to Figs. 8-9.

После хирургического этапа проводили рентгенологический прицельный контроль в каждой области имплантации согласно Фиг. 10.After the surgical stage, X-ray target control was performed in each area of implantation according to Fig. 10.

Выведение животных из эксперимента осуществлялось на сроках 3 недели, 3 месяца и 6 месяцев после оперативного вмешательства.Animals were withdrawn from the experiment at 3 weeks, 3 months and 6 months after surgery.

Для изучения структуры локтевых отростков овцы и определения их минеральной плотности использовали рентгеновский компьютерный микротомограф Skyscan 1176 (Bruker microCT, Бельгия). Сканированные объекты реконструировались в программе Nrecon (1.7.4.2, Bruker-microCT, Бельгия). 3D визуализация полученных результатов в зависимости от рентгенологической плотности проводилась в программе CTvox (3.3.0r1403, Bruker-microCT, Бельгия) согласно Фиг. 11To study the structure of the sheep's olecranon processes and determine their mineral density, a Skyscan 1176 X-ray computed microtomograph (Bruker microCT, Belgium) was used. The scanned objects were reconstructed in the Nrecon program (1.7.4.2, Bruker-microCT, Belgium). 3D visualization of the obtained results depending on the radiographic density was performed in the CTvox program (3.3.0r1403, Bruker-microCT, Belgium) according to Fig. 11

Оценка результатов эксперимента осуществлялась также гистологическими методами. Для морфофункциональной оценки образцов проводили комплексный гистохимический анализ, при этом использовались методы окрашивания микропрепаратов гематоксилином Майера и эозином Y (H&E), трихромная дифференциальная окраска на коллаген по методу Лилли, дифференциальная окраска на хрящевую и костную ткань с помощью альцианового синего, согласно Фиг. 12.The results of the experiment were also assessed using histological methods. For the morphofunctional assessment of the samples, a comprehensive histochemical analysis was performed, using the methods of staining micropreparations with Mayer's hematoxylin and eosin Y (H&E), trichrome differential staining for collagen using the Lilly method, and differential staining for cartilage and bone tissue using Alcian blue, according to Fig. 12.

Согласно Фиг.12 представлены гистотопограммы криосрезов гранул остеопластических материалов контрольной группы через 3 недели ортотопической имплантации в локтевой отросток локтевой кости овцы. А– окраска на костно-хрящевое дифференцирование, ядра клеток окрашены синим, компоненты матрикса – бежево-розовым, зрелая хрящевая ткань – ярко-голубая, незрелая хрящевая ткань – сиренево-розовый; Б–H&E, ядра клеток окрашены синим, компоненты матрикса – розовое и светло красное окрашивание, кальцификаты – интенсивно пурпурные; В– окраска трихром по Лилли, ядра клеток – красно-коричнево-черные, новообразованные зрелые коллагеновые компоненты внеклеточного матрикса или недеминерализованная костная ткань – синие, неколлагеновые компоненты матрикса или деминерализованная костная ткань – темно красные. Желтым штрих-пунктиром отмечена область костного дефекта. Световая микроскопия.According to Fig. 12, histotopograms of cryosections of granules of osteoplastic materials of the control group after 3 weeks of orthotopic implantation into the olecranon of the ulna of a sheep are presented. A - staining for osteochondral differentiation, cell nuclei are stained blue, matrix components are beige-pink, mature cartilage tissue is bright blue, immature cartilage tissue is lilac-pink; B - H&E, cell nuclei are stained blue, matrix components are pink and light red staining, calcifications are intensely purple; B - staining with Lilly trichrome, cell nuclei are red-brown-black, newly formed mature collagen components of the extracellular matrix or non-demineralized bone tissue are blue, non-collagen components of the matrix or demineralized bone tissue are dark red. The area of bone defect is marked with a yellow dashed line. Light microscopy.

Результаты клинического применения хирургического способа моделирования костного дефекта на локтевом отростке овец для исследования регенераторного потенциала гранул остеопластических материалов. Все животные благополучно перенесли операцию, в послеоперационном периоде не наблюдалось ограничения двигательной активности, нарушений аппетита.Results of clinical application of surgical method of modeling bone defect on the olecranon of sheep for studying regenerative potential of granules of osteoplastic materials. All animals successfully underwent surgery, in the postoperative period there were no restrictions of motor activity, appetite disorders.

По данным компьютерной микротомографии, при выведении животного через 3 недели от момента операции более выраженный уровень регенерации и формирование зрелой костной ткани на дне дефекта обнаружено у образцов 5, 2 и 3. В контрольном образце рост трабекул внизу дефекта плохо визуализировался, как в 6 пробе, присутствовали незначительные островки ретикулофиброзной костной ткани внизу дефекта.According to the computer microtomography data, when the animal was removed 3 weeks after the operation, a more pronounced level of regeneration and formation of mature bone tissue at the bottom of the defect was found in samples 5, 2 and 3. In the control sample, the growth of trabeculae at the bottom of the defect was poorly visualized, as in sample 6, there were insignificant islands of reticulofibrous bone tissue at the bottom of the defect.

На сроке 3 месяца в препаратах локтевых отростков овец наиболее выраженной регенерацией и сформированной костной тканью отличалась 5 проба, в остальных пробах было примерно на одном уровне, разница в цифровых данных связана с характеристиками аугментатов и их содержанием в дефектах. При изучении материалов, полученных спустя 6 месяцев поле операции, наиболее выраженной регенерацией костной ткани отличались проба 5 и, чуть хуже, контроль. Наиболее низкий уровень регенерации отмечен в образцах 7 и 4. Развитие костной ткани во всех остальных пробах было сопоставимо, разница в цифровых данных также связана, по всей видимости, с характеристиками остеопластических материалов и их содержанием в дефектах. В ходе дифференциального гистохимического анализа образцов было установлено, что все экспериментальные материалы не обладают длительным токсическим действием, при этом контактной токсичностью (инактивирующейся со временем) обладают материалы 2 и 3, и очень слабой 1 и 4. Образцы 1 – 4 обладают не прямым, но опосредованным остеогенным действием, возможно за счет медленного, но длительного поступления ионов кальция и фосфатов в окружающие ткани вследствие резорбтивных процессов. Материалы 5 и 7 в наибольшей степени и напрямую стимулируют процессы неооссификации. Материал 6 обладает наименьшим регенеративным потенциалом, однако и он опосредованно может способствовать регенерации за счет пролонгации репаративно-воспалительной фазы и поступления соответствующих сигнальных факторов от клеток реципиента при резорбции костной крошки. По степени выраженности регенераторного потенциала у исследуемых образцов ксеноматериалов наилучшие результаты были получены при использовании коллагеновой крошки с субтотальной минерализацией. По данным гистологического исследования в образцах контрольной группы на всех сроках имплантации не наблюдалось зарастания костного дефекта, дефект заполнялся фиброзной тканью, которая со временем подвергалась инволюции и перестройке с остаточными компонентами таковой к 6 месяцам наблюдения. Локтевой отросток локтевой кости овцы по толщине и структуре в ходе хирургической операции продемонстрировал сходство с челюстной костью человека. Модель дефекта костной ткани в локтевом отростке овцы показала также легкую доступность данной области для оперативного вмешательства и низкую морбидность для животного.At the 3-month period, in the sheep elbow preparations, sample 5 had the most pronounced regeneration and formed bone tissue, in the other samples it was approximately at the same level, the difference in the digital data is associated with the characteristics of the augmentates and their content in the defects. When studying the materials obtained 6 months after the operation, sample 5 had the most pronounced regeneration of bone tissue and, slightly worse, the control. The lowest level of regeneration was noted in samples 7 and 4. The development of bone tissue in all other samples was comparable, the difference in the digital data is also associated, apparently, with the characteristics of the osteoplastic materials and their content in the defects. During differential histochemical analysis of the samples it was established that all experimental materials do not have a long-term toxic effect, while materials 2 and 3 have contact toxicity (inactivated over time), and 1 and 4 have a very weak toxicity. Samples 1 - 4 have an indirect, but not direct osteogenic effect, possibly due to the slow but prolonged flow of calcium and phosphate ions into the surrounding tissues due to resorptive processes. Materials 5 and 7 directly stimulate neoossification processes to the greatest extent. Material 6 has the lowest regenerative potential, but it can also indirectly promote regeneration due to prolongation of the reparative-inflammatory phase and the flow of appropriate signaling factors from the recipient's cells during resorption of bone chips. According to the degree of expression of the regenerative potential in the studied xenomaterial samples, the best results were obtained using collagen chips with subtotal mineralization. According to the histological study, no bone defect healing was observed in the samples of the control group at any implantation period; the defect was filled with fibrous tissue, which eventually underwent involution and reconstruction with residual components of the same by 6 months of observation. The olecranon of the sheep ulna demonstrated similarity to the human jawbone in thickness and structure during surgery. The model of bone tissue defect in the olecranon of the sheep also showed easy accessibility of this area for surgical intervention and low morbidity for the animal.

Список используемой литературыList of used literature

1. Ferguson J.C., Tangl S., Barnewitz D., Genzel A., Heimel P., Hruschka V. et al. A large animal model for standardized testing of bone regeneration strategies. BMC veterinary research. 2018, no.14(1), 330. doi.org/10.1186/s12917-018-1648-0. 1. Ferguson J.C., Tangl S., Barnewitz D., Genzel A., Heimel P., Hruschka V. et al. A large animal model for standardized testing of bone regeneration strategies. BMC veterinary research. 2018, no.14(1), 330. doi.org/10.1186/s12917-018-1648-0.

2. Hettwer W., Horstmann P.F., Bischoff S., Güllmar D., Reichenbach J.R., Poh P.S.P. et al. Establishment and effects of allograft and synthetic bone graft substitute treatment of a critical size metaphyseal bone defect model in the sheep femur. APMIS: acta pathologica, microbiologica, et immunologica Scandinavica. 2019, no.127(2): 53–63. doi.org/10.1111/apm.12918. 2. Hettwer W., Horstmann P.F., Bischoff S., Güllmar D., Reichenbach J.R., Poh P.S.P. et al. Establishment and effects of allograft and synthetic bone graft substitute treatment of a critical size metaphyseal bone defect model in the sheep femur. APMIS: acta pathologica, microbiologica, et immunologica Scandinavica. 2019, no.127(2): 53–63. doi.org/10.1111/apm.12918.

3. Nuss K.M., Auer J.A., Boos A., von Rechenberg B. An animal model in sheep for biocompatibility testing of biomaterials in cancellous bones. BMC musculoskeletal disorders. 2006, no.7: 67. doi.org/10.1186/1471-2474-7-67. 3. Nuss K.M., Auer J.A., Boos A., von Rechenberg B. An animal model in sheep for biocompatibility testing of biomaterials in cancellous bones. BMC musculoskeletal disorders. 2006, no.7: 67. doi.org/10.1186/1471-2474-7-67.

4. Курзалов А.П., Быков И.М., Ананьева А.Ш., Веревкина Ю.В. Экспериментальное моделирование повреждений костных структур: монография. М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2021. 176 с. 4. Kurzalov A.P., Bykov I.M., Ananyeva A.Sh., Verevkina Yu.V. Experimental modeling of damage to bone structures: monograph. Moscow: Publishing House of the Academy of Natural Sciences, 2021. 176 p.

5. Lansdowne J.L., Devine D., Eberli U., Emans P., Welting T.J., Odekerken J.C. et al. Characterization of an ovine bilateral critical sized bone defect iliac wing model to examine treatment modalities based on bone tissue engineering. BioMed research international. 2014, 250958. doi.org/10.1155/2014/250958. 5. Lansdowne J.L., Devine D., Eberli U., Emans P., Welting T.J., Odekerken J.C. et al. Characterization of an ovine bilateral critical sized bone defect ilic wing model to examine treatment modalities based on bone tissue engineering. BioMed research international. 2014, 250958. doi.org/10.1155/2014/250958.

6. Bajuri M.Y., Selvanathan N., Dzeidee Schaff F.N., Abdul Suki M.H., Ng A.M.H. Tissue-Engineered Hydroxyapatite Bone Scaffold Impregnated with Osteoprogenitor Cells Promotes Bone Regeneration in Sheep Model. Tissue engineering and regenerative medicine. 2021, no.18(3): 377–385. doi.org/10.1007/s13770-021-00343-2. 6. Bajuri M.Y., Selvanathan N., Dzeidee Schaff F.N., Abdul Suki M.H., Ng A.M.H. Tissue-Engineered Hydroxyapatite Bone Scaffold Impregnated with Osteoprogenitor Cells Promotes Bone Regeneration in Sheep Model. Tissue engineering and regenerative medicine. 2021, no.18(3): 377–385. doi.org/10.1007/s13770-021-00343-2.

7. Nolff M.C., Kokemueller H., Hauschild G., Fehr M., Bormann K.H., Spalthoff S. et al. Comparison of computed tomography and microradiography for graft evaluation after reconstruction of critical size bone defects using beta-tricalcium phosphate. Journal of cranio-maxillo-facial surgery : official publication of the European Association for Cranio-Maxillo-Facial Surgery. 2010, no.38(1): 38–46. doi.org/10.1016/j.jcms.2009.07.010). 7. Nolff MC, Kokemueller H, Hauschild G, Fehr M, Bormann KH, Spalthoff S et al. Comparison of computed tomography and microradiography for graft evaluation after reconstruction of critical size bone defects using beta-tricalcium phosphate. Journal of cranio-maxillo-facial surgery: official publication of the European Association for Cranio-Maxillo-Facial Surgery . 2010, no. 38 (1):38–46. doi.org/10.1016/j.jcms.2009.07.010).

8. Paré A., Charbonnier B., Veziers J., Vignes C., Dutilleul M., De Pinieux G. et al. Standardized and axially vascularized calcium phosphate-based implants for segmental mandibular defects: A promising proof of concept. Acta biomaterialia. 2022, no.154: 626–640. doi.org/10.1016/j.actbio.2022.09.071. 8. Paré A., Charbonnier B., Veziers J., Vignes C., Dutilleul M., De Pinieux G. et al. Standardized and axially vascularized calcium phosphate-based implants for segmental mandibular defects: A promising proof of concept. Acta biomaterialia . 2022, no. 154 : 626–640. doi.org/10.1016/j.actbio.2022.09.071.

Claims (1)

Способ моделирования костного дефекта на локтевом отростке овец для исследования регенераторного потенциала остеопластических материалов, отличающийся тем, что осуществляют доступ к локтевому отростку локтевой кости овцы, выполняют трепанационные дефекты в костной ткани глубиной 5 мм, диаметром 7 мм, образованные костные столбики удаляют, формируя костные дефекты цилиндрической формы, затем заполняют сформированные костные дефекты гранулами экспериментальных остеопластических материалов.A method for modeling a bone defect on the olecranon of sheep for studying the regenerative potential of osteoplastic materials, characterized in that access is gained to the olecranon of the ulna of a sheep, trepanation defects are made in the bone tissue with a depth of 5 mm and a diameter of 7 mm, the formed bone columns are removed, forming cylindrical bone defects, and then the formed bone defects are filled with granules of experimental osteoplastic materials.
RU2024123641A 2024-08-15 Method for simulating bone defect on olecranon of sheep for studying regenerative potential of osteoplastic materials RU2830364C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2830364C1 true RU2830364C1 (en) 2024-11-18

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758556C1 (en) * 2021-04-07 2021-10-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Приволжский исследовательский медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО "ПИМУ" Минздрава России) Method for modeling a bone tissue defect for studying osseointegration of osteoplastic material and regeneration of cancellous bone tissue in an experiment on rabbits
RU2820621C1 (en) * 2023-07-21 2024-06-06 Сергей Сергеевич ЕДРАНОВ Method for experimental simulation of surgical interventions on lower jaw

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758556C1 (en) * 2021-04-07 2021-10-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Приволжский исследовательский медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО "ПИМУ" Минздрава России) Method for modeling a bone tissue defect for studying osseointegration of osteoplastic material and regeneration of cancellous bone tissue in an experiment on rabbits
RU2820621C1 (en) * 2023-07-21 2024-06-06 Сергей Сергеевич ЕДРАНОВ Method for experimental simulation of surgical interventions on lower jaw

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sartoretto S.C. et al. Sheep as an experimental model for biomaterial implant evaluation. Acta Ortop Bras. 2016; 24 (5): 262-266. *
Мураев А.А. и др. Экспериментальная модель для изучения репаративной костной регенерации при реконструкции нижней челюсти. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 2023 г., Том 175, No 2, с. 125-129. O.Korenkov et al. In Vivo feature of the regenerative potential of chitosan and alginate based osteoplastic composites doped with calcium phosphates, zinc ions, and vitamin D2, Annals of Anatomy - Anatomischer Anzeiger, Volume 255, 2024, 152290. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hollinger et al. The critical size defect as an experimental model to test bone repair materials
Gorla et al. Use of autogenous bone and beta-tricalcium phosphate in maxillary sinus lifting: a prospective, randomized, volumetric computed tomography study
Acocella et al. Maxillary alveolar ridge reconstruction with monocortical fresh-frozen bone blocks: a clinical, histological and histomorphometric study
Vignoletti et al. Surgical protocols for ridge preservation after tooth extraction. A systematic review
Wang et al. Histologic evaluation of socket augmentation with mineralized human allograft.
Draenert et al. Complications with allogeneic, cancellous bone blocks in vertical alveolar ridge augmentation: prospective clinical case study and review of the literature
Bosco et al. Effects of low-level laser therapy on bone healing of critical-size defects treated with bovine bone graft
Ghanaati et al. Biomaterial-based bone regeneration and soft tissue management of the individualized 3D-titanium mesh: An alternative concept to autologous transplantation and flap mobilization
Indovina Jr et al. Comparison of 3 bone substitutes in canine extraction sites
Yagihara et al. Mandibular reconstruction using a poly (L-lactide) mesh combined with autogenous particulate cancellous bone and marrow: a prospective clinical study
Kijartorn et al. Clinical evaluation of 3D printed nano-porous hydroxyapatite bone graft for alveolar ridge preservation: A randomized controlled trial
Cheng et al. A novel animal model treated with tooth extraction to repair the full-thickness defects in the mandible of rabbits
Acocella et al. Clinical, histological and histomorphometrical study of maxillary sinus augmentation using cortico-cancellous fresh frozen bone chips
Lu et al. Influence of lateral windows with decreased vertical height following maxillary sinus floor augmentation: a 1-year clinical and radiographic study.
Cacciafesta et al. Growth hormone treatment promotes guided bone regeneration in rat calvarial defects
Zhang et al. Animal models of vertical bone augmentation
Blomqvist et al. Importance of bone graft quality for implant integration after maxillary sinus reconstruction
Yankov Socket preservation and guided bone regeneration: prerequisites for successful implant dentistry
Poll et al. Experimental model for the study of autogenous mandibular bone grafts integration
Atayde et al. A new sheep model with automatized analysis of biomaterial-induced bone tissue regeneration
RU2830364C1 (en) Method for simulating bone defect on olecranon of sheep for studying regenerative potential of osteoplastic materials
Timmel et al. The interposition of Lyodura in operations for ankylosis of the temporo-mandibular joint: an experimental study using pigs
Lotfazar et al. Potentials of pure xenograft materials in maxillary ridge augmentation: A case series
Altiparmak et al. Comparison of Tunnel and Crestal Incision Techniques in Reconstruction of Localized Alveolar Defects.
Nguyen et al. Establishment and Characterization of Rabbit Model for Alveolar Bone Regeneration