CC BY
30
Орипнальна стаття = Original article = Оригинальная статья
УДК 616.714-089.874-089.844-092.9.259
Аналiз ефективност вщстроченоТ кранiоnластики з використанням нанокомпозитноТ металокерамiки в експериментi
Б'тошицький В.В.1, Нахаба О.О.2, Шмельова А.А.3, Робак О.П.4, Дубок В.А.5
1 Вщдш нейротравматологи, 1нститут нейрохiрурп'' iM. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украши, Китв, Укра'на
2 Вiддiл експериментальнот нейрохiрургiT та клЫчно''' фармакологи, 1нститут нейрохiрургiT iM. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украши, Ки'в, Укра'на
3 Вщдш нейропатоморфологи, 1нститут нейрохiрургi''' iM. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украши, Ки'в, Укра'на
4 Вiддiлення нейрорентгенологи, 1нститут нейрохiрургi''' iM. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украши, Ки'в, Укра'на
5 Вщдш неоргашчно''' хiмi''', 1нститут проблем матерiалознавства НАН Украши, Ки'в, Укра'на
Над1йшла до редакцп 31.10.16. Прийнята до публ/кацИ 17.11.16.
Адреса для листування:
Нахаба Олександр Олександрович, Вщд/л експериментальноУ нейрох/рургИ та кл/н/чно/ фармакологи, 1нститут нейрох/рургИ ¡м. акад. А.П. Ромоданова, вул. Платона Майбороди, 32, Ки/в, УкраУна, 04050, e-mail: [email protected]
Мета роботи. На основi аналiзу даних стральноТ комп'ютерноТ томографи (СКТ) та морфолопчних дослщжень обГрунтувати доцтьшсть застосування нанокомпозитноТ металокерам^и для здшснення вiдстроченоТ кранiопластики у щурiв в експериментк
Матерiали i методи. В експеримент у 10 бiлих щурiв (маса тiла 300450 г, середнш вiк 6-8 мiс) виконана вщстрочена кранiопластика з використанням нанокомпозитноТ металокерамки.
Результати. За даними СКТ доведено повну консолща^ю застосованих транспланта^в з краями кiсткового дефекту. Нанокомпозитний металокерамiчний iмплантат виявився високо ефективним для замщення кiсткових дефектiв i формування регенерату за активноТ учасп навколишнiх тканин, зокрема, проростання кровоносних судин в iмплантат. Висновки. 1. Результати експеримен^в пiдтверджують можливiсть здшснення у ссавшв (щурiв) великоклаптевоТ кранютоми з подальшою вiдстроченою кранiопластикою з використанням нанокомпозитноТ металокерамки.
2. Використання нанокомпозитноТ металокерам^и сприяло формуванню новоствореноТ кiстковоТ тканини, як щiльноТ, так i губчастоТ.
3. Використання нанокомпозитноТ металокерам^и може бути рекомендоване для ключного випробування.
Ключовi слова: вдстрочена кранопластика; великоклаптева кранiотомiя; нанокомпозитна металокерам'^ка; нанокомпозитний б':окерам':чний цемент.
УкраТнський нейрохiрургiчний журнал. — 2016. — №4. — С.50-54.
Analysis of the effectiveness of delayed cranioplasty of skull defects using nanocomposite metalloceramic in the experiment
Vadym Biloshytsky1, Alexander Nakhaba 2, Anna Shmeleva 3, Oleg Robak4, Vitalii Dubok 5
1 NeuroTrauma Department, Romodanov Neurosurgery Institute, Kiev, Ukraine
2 Department of Experimental Neurosurgery and Clinical Pharmacology, Romodanov Neurosurgery Institute, Kiev, Ukraine
3 Neuropathomorphology Department, Romodanov Neurosurgery Institute, Kiev, Ukraine
4 Neuroradiology Department, Romodanov Neurosurgery Institute, Kiev, Ukraine
5 Department of Inorganic Chemistry, Institute for Problems of Materials Science, Kiev, Ukraine
Received, October 31, 2016. Accepted, November 17, 2016.
Address for correspondence:
Alexander Nahaba, Department of Experimental Neurosurgery and Clinical Pharmacology, Romodanov Neurosurgery Institute, 32 Platona Mayborody St, Kiev, Ukraine, 04050, e-mail: [email protected]
Objective. To substantiate the use of the nanocomposite metal ceramics for the delayed cranioplasty in rats in the experiment based on the analysis of the results of spiral computed tomography and morphological investigations. Materials and methods. In the experiment, a delayed cranioplasty with the use of nanocomposite metal ceramics was performed in 10 white rats (body weight 300-450 g, average age 6-8 months old).
Results. SCT data showed an absolute consolidation of used grafts with bone defect. The nanocomposite metal ceramic implant showed a high effectiveness for replacement of the bone defects and for the forming of the regenerate with the active participation of the surrounding tissues, especially blood vessels invasion into the implant.
Conclusions. 1. The experiments results confirmed the possibility of large-flap craniotomy with the following delayed cranioplasty in rat bucks using nanocomposite metal ceramic.
2. The use of the nanocomposite metal ceramic promotes to formation of newly formed bone tissue either dense or spongy one.
3. The use of nanocomposite metal ceramic may be recommended for clinical trials.
Keywords: delayedcranioplastic; large flap craniotomy; nanocomposite metal ceramic; nanocomposite bioceramic cement.
Ukrainian Neurosurgical Journal. 2016;(4):50-54.
© Бшошицький В.В., Нахаба О.О., Шмельова А.А., Робак О.П., Дубок В.А., 2016
Анализ эффективности отсроченной краниопластики с использованием нанокомпозитной металлокерамики в эксперименте
Белошицкий В.В.1, Нахаба О.О. 2, Шмелёва А.А. 3, Робак О.П.4, Дубок В.А. 5
1 Отдел нейротравматологии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, Киев, Украина
2 Отдел экспериментальной нейрохирургии и клинической фармакологии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, Киев, Украина
3 Отдел нейропатоморфологии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, Киев, Украина
4 Отдел нейрорентгенологии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, Киев, Украина
5 Отдел неорганической химии, Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев, Украина
Поступила в редакцию 31.10.16. Принята к публикации 17.11.16.
Адрес для переписки:
Нахаба Александр Александрович, Отдел экспериментальной нейрохирургии и клинической фармакологии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова, ул. Платона Майбороды, 32, Киев, Украина, 04050, e-mail: [email protected]
Цель работы. На основе анализа данных спиральной компьютерной томографии и морфологических исследований обосновать целесообразность применения нанокомпозитной металлокерамики для проведения отсроченной краниопластики у крыс в эксперименте. Материалы и методы. В эксперименте у 10 белых крыс (масса тела 300450 г, средний возраст 6-8 мес) выполнена отсроченная краниопластика с использованием нанокомпозитной металлокерамики.
Результаты. По данным спиральной компьютерной томографии доказана полная консолидация примененных трансплантатов с краями костного дефекта. Нанокомпозитный металлокерамический имплантат оказался высоко эффективным для замещения костных дефектов и формирования регенерата при активном участии окружающих тканей, особенно прорастания кровеносных сосудов в имплантат.
Выводы. 1. Результаты экспериментов подтверждают возможность осуществления у млекопитающих (крыс) крупнолоскутной краниотомии с последующей отсроченной краниопластикой с применением нанокомпозитной металлокерамики.
2. Использование нанокомпозитной металлокерамики способствовало формированию новообразованной костной ткани, как плотной, так и губчатой.
3. Использование нанокомпозитной металлокерамики может быть рекомендовано для клинических испытаний.
Ключевые слова: отсроченная краниопластика; крупнолоскутная краниотомия; нанокомпозитная металлокерамика; нанокомпозитный биокерамический цемент.
Украинский нейрохирургический журнал. — 2016. — №4. — С.50-54.
Вступ. Дефекти юсток черепа е актуальною проблемою у зв'язку з збтьшенням травматизму, зокре-ма, шд час бойових дш, у ^py^ypi яких значне мюце поадае черепно-мозкова травма [1-6]. Актуальною е необхщшсть розробки бтьш досконалих матеpiалiв для замщення дефек^в юсток склепшня черепа, осюльки при застосуванш ^нуючих матеpiалiв у клЫЦ можливе виникнення ускладнень, у тому чи^ гншно-запальних. В^чизняш вчеш вперше в експеримент на лабораторних щурах як матеpiал для iмплантацiï випробували нанокомпозитну металоке-рам^у, при закритт юсткових дефек^в через 2-3 м^ вщзначали формування новоутворено''' юстково!' тканини [7].
Мета роботи. На основi аналiзy даних СКТ та морфолопчних дослщжень обГрунтувати доцтьшсть застосування нанокомпозитно' металокерам^и для здшснення вщстрочено!' кранюпластики у щypiв.
Матерiали i методи. Експеримент проведений на 10 бтих щурах (маса тта 300-450 г, середнш в^ 6-8 м^) розведення вiваpiю 1нституту нейpохipypгiï iм. акад. А.П. Ромоданова НАМН Укра'ни. Пщ час виконання роботи дотримували правил бюетики, гуманного поводження з тваринами, регламенто-ваних European Communities Council Directives of 24 November 1986 (86/609/EEC), бвропейською
Конвешею про захист хребетних тварин, яких ви-користовують для експериментальних та наукових цтей (1986) та Законом Укра'ни №3447-1У «Про захист тварин вщ жорстокого поводження».
Для розв'язання поставленого завдання лабо-раторним щурам здшснено великоклаптеву крашек-том^, пошарове зашивання м'яких тканин, обробку зашито' рани розчинами антисептиюв, спостере-ження за раною протягом 2 тиж. Через 14 дiб тсля крашектоми розакали м'як тканини вздовж лши старого рубця, апоневроз вщсепаровували вщ твердо'' оболонки головного мозку (ТОГМ), дефект черепа розмiрами 10x7x1 мм закритий з використанням ме-талокерамiчного нанокомпозитного iмплантата таких саме розмiрiв, який ф^сували до кра'в юсткового дефекту шляхом зашивання оюстя, що вкривало й ф^сувало iмплантат, пошарово зашивали м'якi тканини. Через 3 м^ пiсля кранiектомií проводили СКТ з 3D-реконструкцiею. Щiльнiсть юсток склепiння черепа та iмплантатiв виражали в умовних одиницях щтьност за Хаунсфтдом.
Тварин виводили з експерименту шляхом дека-пiтацií (пiд наркозом кетамшом 0,1% 2 мл) через 3 м^ пiсля iмплантацií. Лiву лобово-тiм'яну дiлянку з iмплантатом та його юстковим оточенням видтя-ли i готували для морфологiчного дослщження за
Стаття м'1стить рисунки, яю вдображаються в друкован'1Й верси у в'дт'1нках срого, в електронн'1й — у кольор'1.
загальноприйнятими методиками [8]. 1мплантати видаляли з юсток тсля декальцинацп. Гiстологiчнi зрiзи товщиною 6-10 мкм фарбували гематоксилiном та еозином i залiзним гематоксилiном.
Для выстрочено!' кранiопластики дефектiв склепiння черепа використовували нанокомпозит-ну металокерамiку, розроблену ствроб^никами 1нституту проблем матерiалознавства, що е сумiшшю рiзних солей кальшю та фосфору, а саме, кальшю гiдроксиапатиту 60%, трикальцiйфосфату 40%, розмiри гранул 300-500 мкм [7].
Результати та |'х обговорення. За даними макроскотчного дослiдження вiдзначали дiлянку дефекту, заповнену конгломератом металокерамки (рис. 1, 2), з дтянками волокнисто! сполучно! тка-нини, чiтко визначали зони зрощення трансплантата з материнською юсткою. Кра! дефекту нерiвнi, неправильно! округло! форми. Товщина конгломерату 3 мм.
За даними СКТ у щурiв тсля операци виявлений дефект лiвоí тiм'яноí кiстки розмiрами 7,4x4,5x1 мм, закритий матерiалом щiльнiстю вщ 2400 до 2500 од.Н
Рис. 1. Заповнення порожнини юсткового дефекту склетння черепа пластичною масою свiжоприготовленого двокомпонентного розчину металокерамiки.
Рис. 3. СКТ. 3D КТ-реконструкцiя черепа щура тсля вщстрочено! кранiопластики з використанням нанокомпозитно! металокерамiки.
(щiльнiсть кiстки 1874 од.Н), що тно прилягав до дефекту. На рiвнi екстракранiальних м'яких тканин не виявлеш ознаки набряку або збтьшення об'ему (рис. 3, 4).
За даними пстолопчного досл^ження, ма-теринська кiстка бiля дтянки iмплантацií харак-теризувалася незначними змшами, и структура збережена; у зонах, що прилягали до материнсько! юстки, виявленi дiлянки частково! резорбци к^тково! тканини (рис. 5) з формуванням порожнин рiзних розмiрiв. Виявленi дтянки новоутворено! кiстковоí тканини з великою ктьюстю остеоцитiв, масивнi сполучнотканиннi трабекули, що роздтяють юст-кову тканину (рис. 6). У деяких регенератах добре вiзуалiзувалися порожнини, що метили червоний юстковий мозок. У дтянц кiсткового регенерату з боку материнсько! кiстки спостерiгали розростання новоутворених юсткових трабекул з остеоцитами, появу лакун з червоним юстковим мозком, а також вростання колаген-волокнисто! тканини. У деяких дтянках регенерату вiдзначали дтянки пухко! волокнисто! тканини, що метили фiброретикулярну
Рис. 2. Металокерамiчний нанокомпозитний iмплантат пiсля його твердшня.
Рис. 4. СКТ черепа щура тсля вщстрочено! кранiопластики з застосуванням нанокомпозитно! металокерамiки.
Рис. 5. МНкрофото. Дтянка регенерата поряд з материнською юсткою. Забарвлення гематоксилшом та еозином. Зб.х200.
тканину, яка межувала з щтьною кiстковою тканиною, HepiBHOMipHO пофарбованою. Фрагменти мета-локepамiки оточен пухкою сполучною тканиною i губчастою кiстковою тканиною.
Одepжанi результати свщчать про високу ефек-тивнiсть нанокомпозитного мeталокepамiчного iмплантату для замiщeння юсткових дeфeктiв i фор-мування регенерату за активно! участ навколишнiх тканин, зокрема, проростання кровоносних судин в iмплантат, що пiдтвepджeнe результатами шших автоpiв [9, 10]. Мeталокepамiка, прикрита оюстям, через 1,5 мiс тсля кpанiопластики набувае щiльностi кiстки i повноцiнно замiщуе дефект кiсток склепшня черепа. Одним з нeдолiкiв мeталокepамiчного iмплан-тату для потреб кранюпластики е його кpихкiсть у перши 2-3 тиж пiсля опepацií [7].
За даними СКТ i морфолопчного дослiджeння, використання нанокомпозитно! мeталокepамiки при виконанш вiдстpочeноí кpанiопластики в експери-мeнтi сприяло покращенню пpоцeсiв консолщаци iмплантатiв з краями дефекту юсток склeпiння черепа та активаци пpоцeсiв peгeнepацií.
Висновки. 1. Результати експеримен^в тдтвер-джують можливiсть застосування нанокомпозитно! мeталокepамiки для вiдстpочeноí кранюпластики в експериментк
2. Використання нанокомпозитно! металокерамЬ ки сприяло формуванню як щтьно!', так i губчасто! новоутворено! кiстковоí тканини.
3. Використання нанокомпозитно! металоке-pамiки може бути рекомендоване для клМчних випробувань.
Список лiтератури
1. Эпидемиология инвалидности вследствие черепно-мозговых травм в Украине / Н.К. Хобзей, Е.Г. Педаченко, В.А. Голик, А.П. Гук, Н.А. Гондуленко // УкраТна. Здоров'я наци. — 2011. — №3. — С.30-34. — Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Uzn_2011_3_7.
2. Политравма. Хирургия, травматология, анестезиология, интенсивная терапия: учебн. издание; под ред. Ф.С. Глумчера, П.Д. Фомина, Е.Г. Педаченко [и др.]. — К.: ВСИ «Медицина», 2012. — 736 с.
3. Greenberg, M.S. Handbook of neurosurgery / M.S.
Рис. 6. МНкрофото. Кiстковi трабекули регенерату. Забарвлення гематоксилшом та еозином. Зб.х200.
Greenberg. — N.Y.: Thieme Med. Publ., 2010. — 7th ed.
— 971 p.
4. Bonfield C.M. The history of military cranioplasty / C.M. Bonfield, A.R. Kumar, P.C. Gerszten // Neurosurg. Focus.
— 2014. — V.36, N4. — E18.
5. Полщук М.€. Стратепя лкування потерпших при бойовш черепно-мозковш травм^ М.€. Полщук, А.О. Данчин, О.М. Гончарук // Укр. нейрохiрург. журн. — 2016. — №1.
— С.31-39.
6. Cranioplasty: review of materials and techniques / S. Aydin, B. Kucukyuruk, B. Abuzayed, S. Aydin, G.Z. Sanus // J. Neurosci. Rural. Pract. — 2011. — V.2, N2. — P.162-167.
7. Dubok V.A. Bioceramics — Yesterday, Today, Tomorrow / V.A.
Dubok // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. — 2000.
— V.39, N7-8. — P.381-394.
8. Саркисов Д.С. Микроскопическая техника. Руководство для врачей и лаборантов / Д.С. Саркисов, Ю.Л. Перов.
— М.: Медицина, 1996. — 544 с.
9. Дедух Н.В. Регенерация костного дефекта при введении животным препарата остеогенон / Н.В. Дедух, А.М. Дурсунов, С.В. Малышкина // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2004. — №2. — С.40-45.
10. Малишюна С.В. Медико-бюлопчш дослщження штучних бiоматерiалiв для ортопеди та травматологи / С.В. Малишкша, Н.В. Дедух // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2010. — №2. — С.93-100.
References
1. Hobzey N^ Pedachenko YeG, Golyk VA, Guk AP, Gondulenko NА. Epidemiologiya invalidnosti vsledstviye cherepno-mozgovykh travm v Ukraine [Disability due to traumatic brain injury epidemiology in Ukraine]. Ukrayina. Zdorovya Natsiyi. 2011;(3):30-4. Russin. Available at: http://nbuv. gov.ua/UJRN/Uzn_2011_3_7.
2. Glumcher FS, Fomin PD, Pedachenko YeG. Politravma. Khirurgiya, travmatologiya, anesteziologiya, intensivnaya terapiya: uchebn. izdaniye [Polytrauma. Surgery, traumatology, anesthesiology, intensive care]. Kiev: Meditsyna; 2012. Russin.
3. Greenberg, MS. Handbook of Neurosurgery. New York: Thieme Medical Publishiers; 2010.
4. Bonfield CM, Kumar AR, Gerszten PC. The history of military cranioplasty. Neurosurg Focus. 2014 Apr;36(4):E18. doi:10.3171/2014.1.F0CUS13504. PMID:24684330.
5. Polishchuk M, Danchin A, Goncharuk O. [Treatment strategy at combat traumatic brain injury]. Ukrainian Neurosurgical Journal. 2016;(1):31-9. Ukrainian. Available at: http:// theunj.org/article/view/61882.
6. Aydin S, Kucukyuruk B, Abuzayed B, Aydin S, Sanus GZ. Cranioplasty: Review of materials and techniques. J Neurosci Rural Pract. 2011;2(2):162-7. doi:10.4103/0976-3147.83584.
PMID:21897681.
7. Dubok VA. Bioceramics—Yesterday, Today, Tomorrow. Powder
Metallurgy and Metal Ceramics. 2000;39(7-8):381-94. doi:10.1023/A:1026617607548.
8. Sarkisov DS, Perov YL. Mikroskopicheskaya tekhnika. Rukovodstvo dlya vrachey i laborantov [The microscopic technique. Guide for physicians and laboratory technicians]. Moscow: Meditsyna; 1996. Russin.
9. Dedukh NV, Dursunov AM, Malyshkina SV. Regeneratsiya kostnogo defekta pri vvedenii zhivotnym preparata osteogenon [Regeneration of bone defects in animals after applying of the drug osteogenon]. Orthopaedics, Traumatology and Prosthetics. 2004;(2):40-5. Russin.
10. Malyshkina S, Dedukh N. Medyko-biolohichni doslidzhennya shtuchnykh biomaterialiv dlya ortopediyi ta travmatolohiyi [Medical-biological studies of artificial biomaterials for orthopaedics and traumatology]. Orthopaedics, Traumatology and Prosthetics. 2010;(2):93-100. Ukrainian. doi:10.15674/0030-59872010293-100.
