CC BY
60
2
НОМЕР
ISSN 2304-9081
Электронный журнал
On-line версия журнала на сайте
http://www.elmag.uran.ru
БЮЛЛЕТЕНЬ
ОРЕНБУРГСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА УрО РАН
2016
УЧРЕДИТЕЛИ
УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РАН ОРЕНБУРГСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР УрО РАН
© Коллектив авторов, 2016 УДК 613.636
1 2 1 А.А. Осташко , С.В. Сизова , В.В. Лабис
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ДЕНТАЛЬНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
1 Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова, Москва, Россия
Институт биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва, Россия
Цель. Разработать экспериментальную модель операции дентальной имплантации для выявления выхода наноразмерных металлических частиц, расположенных в окисном слое как дентальных имплантатов, так и фрез.
Материалы и методы. Разработана экспериментальная модель с использованием депротеинизированного костного блока фирмы «Конектбиофарм» и титановых дентальных имплантатов Nobel Biocare СС размером 3.5-10. В условиях операционной проведено моделирование операции дентальной имплантации, в результате которого было получено шесть образцов смывов, содержащих металлические частицы с поверхности дентальных имплантатов и фрез. В лаборатории с помощью фильтров «Millipore» с диаметром пор 1,2 мкм смывы были очищены и визуально первично проанализированы результаты. В дальнейшем был проведен элементный анализ, полученных супернатантов.
Результаты: Установлено наличие эмиссии металлических частиц как с поверхности фрез, так и поверхности дентальных имплантатов, выделившихся при имитации формирования костного ложа в депротоинезированном костном блоке, в составе супернатан-тов, полученных путем сбора смывов бидистилированной водой.
Заключение: При моделировании операции дентальной имплантации впервые были получены супернатанты, содержащие металлические частицы с поверхности дентальных имплантатов и фрез. Выявление частиц свидетельствует об их присутствии в тканях пациента на момент формирования костного ложа при проведении операции дентальной имплантации. Разработанная модель успешно опробирована и может быть использована для дальнейших микробиологических исследований по изучению взаимодействия пародонто-патогенной микрофлоры полости рта с металлическими частицами, полученными в составе супернатантов.
Ключевые слова: металлические частицы, дентальные имплантаты, супернатанты, экспериментальное моделирование дентальной имплантации.
A.A. Ostashko1, S.V. Sizova2, V.V. Labis1 EXPERIMENTAL MODEL OF DENTAL IMPLANTION
1 Moscow State Medical Dental University named A.I. Evdokimov, Moscow, Russia Institute of Bioorganic Chemistry named academicians M.M. Shemyakin & Yu.A. Ovchinnikov, RAS, Moscow, Russia
Objective. To develop an experimental model of dental implant surgery for identification of nanosized metal particles emission arranged in the oxide layer as dental implants, so as from cutters.
Materials and methods: We have developed an experimental model using deproteined bone block and titanium dental implants Nobel Biocare CC size 3.5-10. In operating room, we realize an operation of dental implantation, and as a result, we got six samples with supernatants
containing metal nanosized particles, released from oxide layers of dental implants and drills. In laboratory, we made purification of supernatants using "Millipore" filters. Results of the filtration were visually evaluated. Then an elemental analysis was carried out.
Results: Was found the presence of metal nanosized particles in supernatants, which were collected after mechanical action on bone tissue.
Conclusion: For the first time, during modeling of dental implantation were obtained su-pernatants, containing nanosized metal particles, released from the surfaces of the dental implants and drills. That phenomenon indicates presence of the particles in patient's tissues at the moment osseointegration of dental implant. Developed model has been successfully tested and can be used for further microbiological researches.
Key words: nanosized particles, dental implants, osseointegration.
Введение
Имплантология - прогрессивное и быстро развивающееся направление хирургической стоматологии. Необходимо отметить, что за последнее время получены новые данные в иммунологии, позволяющие расширить наши представления в том числе и в стоматологии. Разработанная в 1965 г. Пер-Ингваром Бронемарком концепция остеоинтеграции (вид фиксации имплан-тата в кости, при котором в пространстве между поверхностью имплантата и костной тканью не образуется фиброзная или хрящевая ткань (Dorlands Medical Dictionary, Toronto, Canada, 1994), исходящая из биоинертности используемого сплава металла на основе TiO2, требует пересмотра.
Со временем были изучены разные аспекты остеоинтеграции, связанные не только с биоинертными свойствами сплава титана, но и структурой поверхности дентального имплантата, его формой, а также хирургической техникой врача и соблюдением им хирургических протоколов [2], которые могут влиять на исход оперативного вмешательства.
Мы считаем, что на исход остеоинтеграции могут оказывать влияние металлические наноразмерные частицы, расположенные в окисном слое дентальных имплантатов, которые выделяются в периимплантационные ткани, и распознаются клетками иммунной системы, являясь активными участниками процесса остеоинтеграции [1].
Сейчас активно исследуется влияние металлических наноразмерных частиц на организм человека. В 2010 г. продемонстрировано, что нанораз-мерные частицы Ni при контакте с иммунокомпетентными клетками могут приводить к экспрессии у них mRNA TLR4 и вызывать развитие гиперчувствительности замедленного типа [5].
Цель настоящего исследования - выявить эмиссию металлических частиц, расположенных в окисном слое как дентальных имплантатов, так и фрез при экспериментальном моделировании операции дентальной имплантации.
Материалы и методы
Нами разработана экспериментальная модель операции дентальной имплантации с применением депротеинезированного костного блока фирмы «Конектбиофарм», изготовленного из диафизов трубчатых костей крупного рогатого скота, титановых дентальных имплантатов Nobel Biocare СС и хирургического набора для установки имплантатов Nobel Biocare Surgery Kit. В условиях операционной проведилось формирование костного ложа по стандартному протоколу с этапом нарезания резьбы метчиком. В стерильную пробирку с помощью бидистиллярованной воды в качестве охлаждающего раствора собирали первый образец смыва. Устанавливали первый дентальный имплантат. После этого этапа он выкручивался, и собирался второй образец смыва. Аналогичным образом воспроизводилось моделирование операции дентальной имплантации и собирались образцы №3 и №4. Далее была проведена дентальная имплантация без этапа нарезания резьбы, и собраны образцы смывов №5 и №6. В результате было получено шесть пробирок со смывами, состоящими из бидистиллярованной воды, частиц костного блока и металлических частиц. Контрольная пробирка № 7 содержала бидистилляро-ванную воду. В лаборатории молекулярной биофизики ИБХ РАН проведена фильтрация исследуемых образцов с помощью фильтров «Millipore» с диаметром пор 1,2 мкм. На фильтрах образцов №№ 1, 3 и 5, собранных после инструментального формирования костного ложа, визуально определялись частицы черного цвета (рис. 1).
Рис. 1. Визуально определяемые частицы на фильтрах «Millipore».
Видимые результаты фильтрации дали основания для идентификации данных частиц. Был проведен элементный анализ смывов с помощью метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на аппарате Element-2 фирмы Thermo Scientific
Результаты и обсуждение
В исследуемых образцах были выявлены следующие металлические элементы: медь, железo, никель, хром, алюминий, титан и кобальт. Результаты элементного анализа представлены в таблице.
Таблица. Результаты элементного анализа исследуемых образцов
Номера изученных образцов и содержание в них металлов (мкг/л)
1 2 3 4 5 6
после после после после ус- после после
Ме- форми- уста- фор- тановки фор- уста-
таллы рования новки миро- денталь- миро- новки Кон-
костно- ден- вания ного им- вания ден- троль
го ложа тального кост- плантата кост- тального
имплан- ного ного имплан-
тата ложа ложа тата
Al 2,24 0,56 0,35 0,10 <ПО 0,45 <ПО
Ti 0,55 0,23 0,20 0,18 0,12 0,079 <ПО
Cr 1,3 0,89 0,79 0,76 0,30 0,32 <ПО
Fe 6,2 2,5 1,6 1,0 <ПО <ПО <ПО
Co 0,14 0,053 0,030 0,016 <ПО 0,009 <ПО
Ni 4,0 1,7 1,0 1,3 0,35 0,61 <ПО
Cu 87 63 27 20 7,4 7,5 <ПО
Наиболее часто встречаемым элементом, найденным во всех 6 пробах, была медь (Cu). Её максимальная концентрация составила 87 мкг/л. Реже всего встречался кобальт (Со), и его концентрация была достаточно низкой 0,009-0,14 мкг/л.
Уменьшение количества элементов происходило линейно. Исключение составил последний образец (№6), собранный после установки дентального имплантата без этапа нарезания резьбы. В нем количество содержащихся металлических элементов было несколько выше, чем в предпоследнем образце (№5), собранном после формирования костного ложа (рис. 2).
Рис. 2. Графическое отображение результатов элементного анализа.
Заключение
Разработанная нами экспериментальная модель операции дентальной имплантации позволила получить смывы, содержащие металлические частицы, то есть показать их эмиссию при проведении указанного хирургического вмешательства. В дальнейшем планируется использовать данную модель получения супернатанотов для проведения микробиологических исследований.
Элементный анализ показал наличие в исследуемых образцах меди, железа, никеля, хрома, алюминия, титана, кобальта с динамикой снижения их концентрации от первого образца к последующим. Такое уменьшение количества элементов, очевидно, свидетельствует о том, что значительный процент частиц выделяется с поверхности фрез в начале проведения оперативного вмешательства. Следовательно, материал фрез также может оказывать влияние на тканевую репарацию.
Выявление металлических частиц позволяет говорить об их присутствии в тканях пациента уже в процессе проведения самой операции денталь-
5
ной имплантации. А это значит, что они могут распознаваться иммунной системой и являться, наряду с микроорганизмами ротовой полости, участниками воспалительного процесса, развивающегося при остеоинтеграции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лабис В.В., Базикян Э.А., Козлов И.Г., Сизова С.В., Хайдуков С.В. Наноразмерные частицы - участники остеоинтеграции. Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2016. 1: 1-18 [Электронный ресурс] (URL: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/ Numbers/2016-1/Articles/LVV-2016-1.pdf).
2. Parithimarkalaignan S., Padmanabhan T.V. Osseointegration: An Update. The Journal of the Indian Prosthodontic Society. 2013. 13 (1): 2-6.
3. Larsen S.T., Roursgaard M., Jensen K.A., Nielsen G.D. Nano titanium dioxide particles promote allergic sensitization and lung inflammation in mice. Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2010. 106: 114-117.
4. Gustafsson A., Lindstedt E., Elfsmark L.S., Bucht A. Lung exposure of titanium dioxide na-noparticles induces innate immune activation and long-lasting lymphocyte response in the dark agouti rat. J. Immunotoxicol. 2011. 8: 111-121.
5. Schmidt M., Raghavan B., Muller V. et al. Crucial role for human Toll-like receptor 4 in the development of contact allergy to nickel. Nature America, Nature IMMUNOLOGY. 2010. 11: 814-820.
Поступила 17.05.2016
(Контактная информация: Лабис Варвара Владимировна - к.м.н., ассистент кафедры хирургии полости рта Московского государственного медико-стоматологического университета имени А.И. Евдокимова; E-mail: [email protected])
LITERATURA
1. Labis V.V., Bazikjan Je.A., Kozlov I.G., Sizova S.V., Hajdukov S.V. Nanorazmernye chasticy - uchastniki osteointegracii. Bjulleten' Orenburgskogo nauchnogo centra UrO RAN. 2016. 1: 1-18 [Jelektronnyj resurs] (URL: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/ 2016-1/Articles/LVV-2016-1.pdf).
2. Parithimarkalaignan S., Padmanabhan T.V. Osseointegration: An Update. The Journal of the Indian Prosthodontic Society. 2013. 13 (1): 2-6.
3. Larsen S.T., Roursgaard M., Jensen K.A., Nielsen G.D. Nano titanium dioxide particles promote allergic sensitization and lung inflammation in mice. Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2010. 106: 114-117.
4. Gustafsson A., Lindstedt E., Elfsmark L.S., Bucht A. Lung exposure of titanium dioxide na-noparticles induces innate immune activation and long-lasting lymphocyte response in the dark agouti rat. J. Immunotoxicol. 2011. 8: 111-121.
5. Schmidt M., Raghavan B., Muller V. et al. Crucial role for human Toll-like receptor 4 in the development of contact allergy to nickel. Nature America, Nature IMMUNOLOGY. 2010. 11: 814-820.
Образец ссылки на статью:
Осташко А.А., Сизова С.В., Лабис В.В. Разработка экспериментальной модели дентальной
имплантации для проведения микробиологических исследований. Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2016. 2: 6с. [Электронный ресурс] (URL: http://
elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2016-2/Articles/OAA-2016-2.pdf).
