CC BY
244
© а.а. вишневский и др., 2016
перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
А.А. Вишневский, В.В. Казбанов, М.С. Баталов
Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии
Обсуждаются преимущества и недостатки использования титановых имплантатов в хирургической вертебрологии. Улучшение фиксации титановых имплантатов в костной ткани достигается при использовании разнообразных текстурированных и нано-технологических покрытий их поверхностей. Покрытия из остео-тропных материалов на основе гидроксиапатита (ГА) и трикаль-цийфосфата (ТКФ) по многим характеристикам превалируют над свойствами аллогенных материалов, что позволяет достичь позитивных результатов при остеопластике костных дефектов. Вместе с тем ГА и ТКФ не полностью отвечают требованиям клиницистов из-за отсутствия выраженных остеоиндуктивных свойств. Для направленной регенерации костной ткани необходимо создать исходные условия для упорядоченной пролиферации остеогенных клеток и капилляров в заданном пространстве. Обязательным условием при этом является присутствие биологически активных веществ, которые обеспечивали бы остеоиндукцию остеопласти-ческого материала для образования матрицы, на которой будет формироваться костная ткань. Претендентами для этого являются различные фракции костного морфогенетического протеина, которые являются индукторами костной регенерации. Преимущества различных физико-химических обработок титановых имплантатов (плазменное, ионное, пескоструйное, абляционное и т.д.) до сих пор обсуждаются, однако их клиническое использование требует дальнейших исследований.
Ключевые слова: титан, имплантаты, остеоинтеграция, тексту-рированные покрытия, нанотехнологические покрытия.
Для цитирования: Вишневский А.А., Казбанов В.В., Баталов М.С. Перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами // Хирургия позвоночника. 2016. Т. 13. № 1. С. 50-58.
DOI: http://dx.doi.Org/10.14531/ss2016.1.50-58.
prospects of using titanium implants with predetermined osteogenic properties
A.A. Vishnevsky, V.V. Kazbanov, M.S. Batalov
The paper discusses the benefits and drawbacks of using titanium implants in spine surgery. Improved fixation of titanium implants in bone tissue is achieved by applying a variety of textured and na-no-based coatings on their surfaces. Coatings made of osteotropic hydroxyapatite (HA)- and tricalciumphosphate (TCP)-based materials prevail over allogenic materials in many features. This permits to achieve positive results in bone defect osteoplasty. However, HA and TCP do not completely meet the needs of clinicians due to the lack of apparent osteoinductive properties. The guided bone regeneration requires creation of initial conditions for the ordered proliferation of osteogenic cells and capillaries in a predetermined space. A prerequisite for this is the presence of biologically active substances providing osteoinduction of osteoplastic material to form a matrix on which the bone tissue will develop. Candidate substances are various fractions of bone morphogenetic protein (BMP) which induce bone regeneration. The advantages of various physicochemical treatments of titanium implants (plasma, ion, sandblasting, ablative, etc.) are still debated, but their clinical use requires further research.
Key Words: titanium, implants, osseointegration, textured coating, nano-based coating.
Please cite this paper as: Vishnevsky AA, Kazbanov VV, Batalov MS. Prospects of using titanium implants with predetermined osteogenic properties. Hir. Pozvonoc. 2016; 13(1):50—58. In Russian. DOI: http://dx.doi.org/10.14531/ss2016.1.50-58.
У хирурга, занимающегося проблемами оперативного лечения заболеваний и травм позвоночника, при выполнении реконструктивного этапа операции в арсенале имеется ряд пластических материалов. Наряду с ауто- и ксенотранспланта-тами, применяются биодеградируе-мые и небиодеградируемые небио-
логические имплантаты [67]. И если биодеградируемые имплантаты применяются в основном для замещения костных полостей, то небиодеградиру-емые, изготовленные из титана и его сплавов, биокерамики, композиционного углерода и других биокомпозиционных материалов, используются при выполнении стабилизирующих
50
и радикально-восстановительных операций на позвоночнике.
Аутокость в вертебрологии по-прежнему рассматривается как золотой стандарт прививочного материала, поскольку сочетает в себе остеоиндуктивные (костные морфогенетические белки и другие факторы роста), остеогенети-ческие (остеогенные клетки) и остео-
_хирургия позвоночника 2016. т. 13. № 1. с. 50-58 | щеляста pozvonochnika 2016;13(1):50-58_
аа вишневский и др. перспективы! применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
кондуктивные (строительный матрикс для формирования кости) свойства. Однако традиционное изолированное использование костных трансплантатов для переднего спондилодеза при радикально-реконструктивных операциях у больных с заболеваниями и травмами позвоночника подвергается критической переоценке из-за высокой частоты их переломов или резорбции [4, 17]. С учетом высоких прочностных свойств титана и его сплавов в верте-брологии применяют комбинированные имплантаты (металл в комбинации с костью), позволяющие сочетать прочностные и остеотропные характеристики имплантатов [4, 48, 56].
Титановые имплантаты наиболее распространены в травматологии и ортопедии, поскольку, наряду с низкой стоимостью, обладают практически всеми свойствами идеального имплантата: имеют достаточные прочностные свойства (в 6 раз прочнее алюминия и в 2 раза легче железа), биоинертны, износостойки, имеют низкий коэффициент теплового расширения. Однако для титана и его сплавов характерны некоторые недостатки, присущие металлическим имплантатам: склонность к коррозии, низкая химическая активность, а также незначительная адгезивная способность. Эти факторы способствуют резорбции кости вокруг них [70]. Вышеперечисленные проблемы заставляют исследователей искать новые способы нивелирования этих негативных свойств.
Биосовместимость титановых имплантатов обусловлена образованием тонкой оксидной пленки на его поверхности. Пленка диоксида титана имеет толщину 4 нм. Когда оксидная пленка, не сам металл, вступает в контакт с тканью, происходит тканевая реакция сразу же после имплантации. Благодаря негативно заряженному кислороду оксидные соединения титана на его поверхности способствуют фиксации морфогенетических протеинов, белков крови и свободного кальция (ГЮ обладает ионообменными свойствами и может связывать ионы кальция в тканевой жидкости), участвующих в построении и пере-
стройке костной ткани. Однако самоорганизующаяся граница «кость -имплантат» может быть не полностью представлена органотипичной тканью и при нестабильности позвоночника приводить к остеолизису и расшатыванию имплантата [36, 62, 71].
Таким образом, узловым моментом в процессе интеграции вертебрально-го имплантата являются число и функциональная активность стволовых клеток пациента, что зависит от многочисленных факторов: общесоматических (наследственности, заболеваний внутренних органов, остеопоро-за, возраста, иммунитета) и местных (объема вмешательства, биомеханических характеристик системы «имплан-тат - кость», инфекций и др.) условий. Поэтому одной из актуальных задач является создание оптимальных условий для остеоинтеграции имплан-тата, которая в ряде случаев может быть достигнута за счет специальной обработки поверхности имплантата или применения остеопродуцирую-щих материалов.
Наиболее перспективным направлением является развитие костно-ткане-вой инженерии, позволяющее изучать применение биоактивных материалов, обладающих противовоспалительными и регенераторными свойствами. В настоящее время в клинической практике применяются материалы, способствующие остеоинтеграции имплантата [16]. С целью оптимизации химического состава поверхности имплантата разрабатываются различные органические и неорганические покрытия. Для улучшения интеграции имплантата на границе его соприкосновения с костью возможно применение остеопродуцирующих материалов [10, 12, 22, 26, 32, 42, 61, 64]. Также на структурированные поверхности металла наносят материалы, улучшающие клеточную пролиферацию, хемотаксис клеток и ангиогенез. Помимо применяемого в клинике костного морфогенетического белка (BMP), in vitro и in vivo изучаются остеотроп-ные свойства фактора роста тромбоцитов, трансформирующего фактора роста в, инсулин-подобного факто-
51
ра роста-1, фактора роста эндотелия сосудов и фактора роста фибробла-стов. Однако результаты исследований противоречивы и требуют дальнейшего изучения.
Цель исследования - систематизация материалов, которые используются в вертебрологии для стимуляции остеогенных и остеокондуктив-ных свойств титановых имплантатов.
Биосовместимость и остеоинтегра-ция титановых имплантатов. Остео-интеграция была открыта в 50-60-х гг. прошлого столетия в Швеции [5]. В ходе экспериментальной работы с применением имплантатов из титана впервые обнаружили врастание титановой конструкции в живую костную ткань. Это явление назвали остеоинтегра-цией. Успешная интеграция импланта-тов и трансплантатов в тканевую среду является основным требованием при выполнении реконструктивно-вос-становительных операций на позвоночнике. Для этого используются синтетические материалы, клеточные и тканевые технологии, которые считаются целесообразными, когда происходит биологическое объединение и функционирование собственных тканей и интегрированных с ними чужеродных материалов. К настоящему времени сложилось устойчивое представление о том, что в образовании костной ткани на поверхности имплантата участвуют два типа костеобразовательных процессов: остеогенез контактный (на поверхности имплантата) и дистантный (со стороны материнской кости) [18]. Эти механизмы имеют свою специфику, но их объединяют единые клеточные процессы, заключающиеся в пролиферации и остеогенной дифференциров-ке собственных стволовых мезенхи-мальных клеток, формировании клеток остеобластического ряда, создающих кость, которая в дальнейшем подвергается перестройке. Заживление губчатой кости проходит три частично перекрывающихся фазы: 1) остеокондукция; 2) формирование новой кости; 3) ремо-делирование [43].
Остеокондукция, привлечение остеогенных стволовых клеток к поверхности имплантата, является наи-
а.а. вишневский и др. перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
более важным этапом внутрикостного заживления [59]. Поверхность имплан-тата адсорбирует фибриноген, который действует как адаптер для адгезии тромбоцитов [35]. Со своей стороны, тромбоциты на поверхности имплантата активизируются и продуцируют различные остеогенные факторы роста. Фибриноген проте-олитически расщепляется в фибрин, который формирует временные, трехмерные сети вокруг имплантата. В результате активизации факторов, выделяемых тромбоцитами, остеоген-ные стволовые клетки перемещаются по фибриновому каркасу к поверхности имплантата. Эта миграция вызывает ретракцию временной фибрино-вой матрицы [66].
Следующая фаза формирования кости характеризуется прогрессивной деградацией органической костной матрицы благодаря остеогенным клеткам, которые появляются на поверхности имплантата и двигаются по направлению к периферии. Далее в результате накопления фосфата кальция происходит минерализация матрицы.
После первых двух фаз заживления кости биологическая связь между имплантатом и костной тканью полностью сформирована - остеоинте-грация произошла. В последующей фазе ремоделирования происходит организация периимплантатной костной ткани за счет резорбтивных процессов [44].
Основным условием адаптации небиодеградируемого имплантата в кости является формирование по его периферии регенерата органотипи-ческого балочного строения. С этой целью применяют не только аутокост-ную стружку, но и аллогенную кость и синтетические керамические материалы. Их биологические свойства различны, но в целом они обладают меньшими остеоиндуктивными свойствами, поскольку донорский трансплантат проходит дополнительную обработку (девитализируется с помощью облучения, проходит сублимационную или ультразвуковую обработку). Современные биомедицинские технологии
предусматривают использование осте-оиндукторов в виде рекомбинантных белков (гЬБМР), фиксированных на различных носителях (синтетических, биологических, минеральных или биокомпозитных полимерах) [9, 24].
Наиболее перспективным направлением повышения остеоиндуктивно-сти костных имплантатов и усиления регенерации соединительной ткани является создание биокомпозитных материалов, содержащих основные компоненты ткани и активные белковые субстанции, различные факторы роста. В 1965 г. Urist [72] сделал основополагающее открытие, доказав, что деминерализованный костный матрикс способен вызывать образование новой кости вследствие биохимической активизации костных белков.
Ожидается, что идеальный био-деградируемый имплантат должен постепенно растворяться в среде организма и выполнять при этом свои опорные функции, а на его месте должна образовываться новая костная ткань. Очевидно, что резорбтив-ная функция биоматериала имеет крайне важное значение для успешной интеграции материала в организм, наряду с опорной функцией. Скорость регенерации кости зависит от нескольких факторов: пористости, химического состава, растворимости и присутствия некоторых элементов, которые выходят в процессе резорбции керамического материала, облегчая регенерацию кости, проводимую остеобластами.
Поиски технологий по улучшению остеоинтеграции титановых имплантатов. На долгосрочную стабильность имплантатов в основном влияют процессы остеоинтеграции, поэтому многочисленные исследования посвящены изучению модификации поверхности титанового имплантата и его шероховатости (И) путем различных воздействий. Среди физико-химических технологий наиболее изучены пескоструйные, ионные, лазерные абляционные и аддитивные обработки поверхности металлов. Наиболее важным топографическим параметром поверхности
в имплантологии является показатель Sa - средняя глубина шероховатости. Поверхности импланта-та, по '^еппегЬе^ и АШгеЙ^оп [75], могут быть разделены на четыре группы в зависимости от степени их шероховатости: 1) гладкие поверхности
< 0,5 мкм); 2) слегка шероховатые
= 0,5-1 мкм); 3) умеренно шероховатые = 1-2 мкм); 4) шероховатые
> 2 мкм).
Влияние шероховатости поверхности имплантата на остеоинтегра-цию и остеокондукцию было тщательно исследовано. Некоторые авторы полагают, что метаболическая активность остеобласт-подобных клеток, контролируемая по уровню остеокаль-цина, простагландину Е2 и трансформирующему фактору роста-^1 (^-^1), активности щелочной фосфатазы, значительно возрастает на поверхности титана с пескоструйной обработкой или плазменным напылением [60]. При увеличении шероховатости увеличивается и поверхность имплан-тата, что приводит к последующему увеличению адсорбции фибриногена и скорости активации тромбоцитов. Кроме того, фибриновый каркас более прочно прикрепляется к шероховатым поверхностям [65]. Laгsson et а1. [57] в экспериментах на кроликах показали, что шероховатость поверхности и толщина оксидного слоя влияют на скорость адгезии кости в ранних стадиях имплантации (1-7 недель).
Существует общее мнение, что имплантаты с гладкой < 0,5 мкм) и слегка шероховатой = 0,5-1 мкм) поверхностью обладают худшей остео-интеграцией, чем имплантаты с умеренно шероховатой ^а = 1-2 мкм) и шероховатой ^а > 2 мкм) поверхностью. Кроме того, в экспериментах выявлено лучшее соприкосновение кости и имплантата с умеренно шероховатой поверхностью, чем с шероховатой [75].
Улучшение фиксации имплан-татов в костной ткани достигается при использовании разнообразных текстурированных (пористых, шари-ковидных, коралловидных), а также нанотехнологических покрытий
52
аа вишневский и др. перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
(нанокристаллическим гидроксиапа-титом, флуоридом, метафосфатом или октафосфатом кальция) их поверхностей [1, 6, 10, 12, 28, 34, 55].
Биокерамические покрытия. Одним из перспективных направлений в хирургии позвоночного столба является применение напыления биоактивных материалов на основе синтетических фосфатов кальция: гидро-ксиапатита (ГА) и трикальцийфосфата (ТКФ). ГА является основой неорганического матрикса минерализованных тканей организма человека и животных, составляя в кортикальной кости до 65 % его массы. Он характеризуется биосовместимостью с организмом человека и не вызывает реакции отторжения, усиливает пролиферативную активность остеобластов и стимулирует процессы репаративного остео-генеза в месте введения, однако этот материал полностью лишен остеоин-дуктивных свойств [15]. Установлено, что кристаллы синтетического ГА, как и ТКФ, в биологической системе поддаются влиянию метаболизма клеток организма и распадаются на ионы кальция и фосфата, которые в дальнейшем входят в структуру регенерирующей костной ткани [31]. Имплантаты, покрытые тонким слоем фосфата кальция, были разработаны для повышения минерализации костной ткани в фазе формирования кости [45]. Также препарат задерживает развитие воспалительной реакции в костной ткани. В настоящее время синтетические препараты ГА с успехом применяются в широкой клинической практике в России и в ведущих зарубежных странах.
Несмотря на столь выраженный в настоящее время интерес к ГА, показания к его медицинскому применению довольно ограничены. Препарат используется либо в виде пористой (резервируемой) керамики, предназначенной служить опорным каркасом для тканевых трансплантатов, постепенно растворяясь по мере замещения новообразованной костной тканью, либо в виде плотной (нерезорбируемой) керамики, предназначенной для покрытия металлических или синтетических поверх-
ностей. Поскольку ГА не может быть использован в хирургии позвоночника как опорный элемент, интересно рассмотреть имеющиеся на сегодня экспериментальные и клинические результаты обработки поверхности титановых имплантатов.
В эксперименте изучено специфическое действие лекарственного препарата на основе нанокристаллическо-го «Геля гидроксиапатита» [15]. В ряде исследований изучено влияние различных способов обработки поверхности титановых имплантатов на образование минерализованной остеобластиче-ской культуры [30, 63]. В работе Cooper et al. [41], в которой проводилось выращивание культуры остеобластов на различных поверхностях титана (при машинной обработке, плазменно-струйной и пескоструйной обработке оксида титана), не было выявлено существенной разницы роста клеток. В дальнейшем в работе ДА Димитро-вича [8] было показано, что площадь прикрепления клеточного материала после ионно-плазменного травления была на 50 %, а после дробеструйной на 35 % выше, чем после микроплазменной обработки.
Одним из перспективных направлений является создание композитных материалов на основе бифазной керамики при использовании разных связующих компонентов, биологически активных веществ, стволовых клеток. При проведении реконструктивных операций важно учитывать скорость биодеградации материала имплантата. Очень быстрая резорбция может опередить процессы остеогенеза. В таком случае в области имплантата наблюдаются обширные участки фиброзной ткани. Керамика на основе ГА биоде-градирует медленнее, чем ТКФ. Преимуществом данного вида материала является совмещение твердости ГА и возможности формирования депо кальция (за счет биодеградации ТКФ). При выборе внутрикостных имплан-татов с текстурированными покрытиями предпочтение лучше отдавать тем из них, которые характеризуются пористостью 10-40 %, величиной пор от 0,1 до 10 мкм и имеют дополнитель-
ный гидроксиапатитный или гидрок-сиапатитный и фосфатно-кальциевый биокерамический слой. Высокопрочная плотная нанокерамика позволяет изготовить эндопротезы и имплантаты нового поколения для использования в ортопедии, стоматологии, эндопро-тезировании, особенно в сильно нагружаемых сегментах скелета (позвоночник, суставы и др.).
В вертебрологической практике имеется опыт применения титановых имплантатов с гидроксиапатит-ным напылением [2, 11]. Нанесение наноструктуированного гидроксиапа-титного покрытия на титан позволяет создать меши с необходимой прочностью и улучшенными остеоинте-гративными свойствами имплантатов. А.Б. Макаров и соавт. [20, 21] показали, что эти имплантаты способствуют формированию костно-металлическо-го блока в период 2-2,5 мес., что существенно меньше, чем при применении традиционных металлических имплантатов.
Компания «HumanTech Germany GmbH» (Германия) выпускает кейд-жи на основе биокерамики для шейного отдела позвоночника «TRISTAN®» и для поясничного отдела позвоночника «ADONIS®», которые имеют модуль упругости, приближенный к костному материалу. Стабильность при установке данной системы обеспечена наличием титанового плазменного напыления на опорных поверхностях кейджа. Перспективно применение в травматологии и ортопедии керамики на основе оксидов циркония и алюминия, обладающих хорошей прочностью (от 800 до 1800 МПа), лучшей биосовместимостью и химической стойкостью в организме человека, чем у любых других материалов [13, 14, 19]. Согласно исследованиям Европейской ассоциации по остеоинтегра-ции, улучшение адаптации имплантата можно ожидать за счет покрытия его поверхности пептидами, стимулирующими остеокондукцию [53]. Биокерамика может служить в качестве системы-носителя для остеогенных препаратов на основе трансформирующего фактора роста ß (TGF-ß) или BMP.
53
a.a. вишневский и др. перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
BMP и другие факторы роста клетки. В клинической практике из пятнадцати известных морфоге-нетических белков кости млекопитающих, относящихся к семейству BMP, наиболее часто применяют rhBMP-2, 4 и 7 [9, 40]. Ряд экспериментальных и клинических исследований еще в начале XXI в. показал безопасность и эффективность использования rhBMP-2 и rhBMP-7 в качестве индукторов регенерации заменителей костного трансплантата. Они вызывают митогенез мезенхимальных стволовых клеток и их дифференциацию из остеобластов [23]. В эксперименте на животных было показано, что спон-дилодез при обработке имплантатов rhBMP наступал на несколько недель раньше, чем без его использования [33, 58]. Обнадеживающие результаты показали экспериментальные разработки нанесения rhBMP-2 на титановые поверхности [27]. Побочные эффекты применения rhBMP встречаются редко и проявляются в виде местной эритемы и незначительного отека в месте внедрения остеоиндуктора.
В настоящий момент разрешены к применению в медицинской практике несколько материалов из ВМР, в частности ACS «Infuse» (Medtronic, США) и «OP-1 BMP-7» (Stryker Biotech, США). При использовании rhBMP-2 на коллагеновой губке отмечена большая частота достижения костного сращения тел позвонков по сравнению с таковой при применении аутоло-гичного трансплантата из гребня подвздошной кости [37, 49]. Некоторые фирмы сочетают остеоиндуктивные свойства BMP с остеокондуктивны-ми и остеогенными препаратами. Так, компания «Cerapedics, Inc.» (США) создала имплантат для регенерации костной ткани «i-Factor™», сочетающий уникальную натуральную кальций-фосфатную матрицу и синтетический короткий пептид Р-15, стимулирующий остеогенные клетки к выделению факторов роста и натуральных биологически активных молекул.
Эффективность применения rhBMP-7 для достижения костного сращения при вертебральной патологии
оказалась сопоставимой или даже превосходила эффективность аутологич-ного костного материала [52, 73, 74]. В рандомизированном исследовании принимали участие 36 пациентов, подвергшихся хирургическому лечению по поводу дегенеративного спондило-лиза поясничного отдела позвоночника [54]. У одной части больных применялась паста «Ossigraft» с rhBMP-7 совместно с аутотрансплантатом из гребня подвздошной кости (основная группа), у другой - только аутотрансплан-тат из гребня подвздошной кости (контрольная группа). Через 1 год наблюдения костное сращение констатировано в основной группе в 86 %, в контрольной - в 73 % случаев, через 4 года - соответственно в 69 и 50 % [54]. В другой серии исследования Kanayama et al. [54] сопоставили эффективность применения пасты «Ossigraft» с rhBMP-7, смешанной с керамическими гранулами (9 пациентов основной группы), и аутотрансплан-татов из гребня подвздошной кости (10 пациентов контрольной группы) у пациентов с дегенеративным спон-дилолизом в поясничном отделе позвоночника. Костное сращение достигнуто в основной группе у 78 % (7 из 9) больных, в контрольной - у 90 % (9 из 10). При гистологическом исследовании полноценное костное сращение констатировано у 57 % (4 из 7) пациентов основной и 78 % (7 из 9) пациентов контрольной группы. Образование жизнеспособной кости отмечено в 6 из 7 случаев применения rhBMP-7 и во всех случаях применения аутотрансплантатов.
Тем не менее, несмотря на столь убедительные результаты, некоторые исследователи высказываются скептически по поводу применения rhBMP-2 в вертебрологии, считая, что такое покрытие вызывает потерю костной массы и даже уменьшает степень остеоинтеграции [53].
Кроме BMP, в клинических исследованиях используются и другие факторы роста, участвующие в регенерации кости и клеточной пролиферации, в том числе фактор роста тромбоцитов, трансформирующий фактор роста в, инсулин-подобный фактор роста-1, фактор роста эндо-
телия сосудов и фактор роста фибро-бластов. Современные технологии позволяют покрывать кейджи фактором роста клетки (технология «LMP-1», Sofamor Danek), rhBMP-2 (Medtronic, США) или комбинацией рекомби-нантного костного протеина «MP52» и фактора костного роста (методика «HEALOS», совместная разработка компаний «Orquest» и «Sulzer Spine-Tech», Германия, DePuy Spine Inc, США) [58].
Создание наноструктурированной поверхности. Новым перспективным способом улучшения физико-механических свойств титана и его сплавов является создание наноструктурной поверхности имплантата с помощью лазерного облучения или различных типов его обработки (пескоструйный, метод интенсивной пластической деформации). Также интересным направлением имплантологии является обработка поверхности титана различными типами углерода - фурреле-нами, алмазоподобными углеродами (diamond-like carbon-DLC) и другими материалами.
После обработки поверхности фемтосекундными лазерными импульсами [7, 50] формируется нанострук-турированная поверхность, которая представляет собой хорошо выраженные одномерные решетки с характерным шагом в 70-600 нм. Так, при плотности лазерного излучения 17 мДж/с2 серия из 500 импульсов формирует на поверхности титановой мишени последовательность узких бороздок (толщина около 100 нм), отстоящих друг от друга в среднем на 400 нм.
Методом интенсивной пластической деформации на поверхности титана формируются структурированные зерна и впадины размерами менее 0,1 мкм [29]. В этих впадинах затем выращивают углеродные нанотрубки-антенны [3], которые способны значительно ускорить процесс остеорепарации. На поверхности с углеродными нанотрубка-ми костная ткань росла вдвое быстрее, чем на немодифицированной поверхности титана [69]. Ускорение процесса регенерации костной ткани особенно заметно тогда, когда углеродные нано-трубки используют совместно с АВМР,
54
_хирургия позвоночника 2016. т. 13. № 1. с. 50-58 | шкия01а pozvonochnika 2016;13(1):50-58_
аа вишневский и др. перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
обычно применяемым для улучшения роста костей [68]. Однако для применения in vivo необходимо исследовать их биосовместимость и возможную токсичность. В связи с неясностью вопроса биосовместимости и цитотоксичности углеродных нанотрубок, возможность их клинического использования пока непонятна [25].
Для улучшения остеоинтеграции перспективно создание алмазоподоб-ных пленок на поверхности титановых имплантатов методом импульсного катодно-дугового осаждения из углеродной плазмы [39]. Их использование для коррозионной защиты имплан-татов было предложено еще в начале 1990-х гг. [38, 51]. В определенных случаях контролируемое взаимодействие имплантата с биологической средой дает положительные результаты, например, для стимулирования роста костных клеток на имплантатах. Так, Grill et al. [46, 47] использовали алмазо-подобные покрытия для потенцирования остеобластной активности на поверхности имплантата. В литературных
источниках имеются сведения, указывающие на антибактериальные свойства алмазоподобного углерода [39]. Однако эти свойства пока еще недостаточно изучены.
Заключение
Титан и его сплавы являются наиболее используемыми в вертербрологии материалами в силу высокой прочности и биосовместимости. Однако самоорганизующаяся граница «кость -имплантат» может быть не полностью представлена органотипичной тканью и приводить к остеолизису и нестабильности имплантата.
Покрытия из остеотропных материалов на основе ГА и ТКФ по многим характеристикам превалируют над свойствами алло- и ксеноматери-алов, что позволяет достичь позитивных результатов при остеопластике костных дефектов. Вместе с этим, ГА и ТКФ не полностью отвечают требованиям клиницистов из-за отсутствия выраженных остеоиндуктивных
свойств. Для направленной регенерации костной ткани необходимо создать исходные условия для упорядоченной пролиферации остеогенных клеток на поверхности имплантата. Обязательным условием при этом является присутствие биологически активных веществ, которые обеспечивали бы остеоиндукцию остеопласти-ческого материала для образования матрицы, на которой будет формироваться костная ткань. Претендентами для этого являются BMP, которые являются индукторами костной регенерации. Так, биокерамическое покрытие титановых имплантатов может служить в качестве системы-носителя для остеогенных препаратов на основе трансформирующего фактора роста в или BMP. Преимущества различных видов физико-химической обработки титановых имплантатов (плазменное, ионное, пескоструйное, лазерное абляционное и т.д.) до сих пор обсуждаются, их клиническое использование требует дальнейшего исследования.
Литература/References
1. Анфимов П.Е., Зимин Ю.В., Денисов В.М., Бушуев Ю.И., Пылаева С.И., Краснова Н.С. Действие ксеногенного иммобилизованного костного матрикса на течение раневого процесса // Бюл. экспериментальной биологии и медицины. 2006. №. 4. С. 448-450. [Anfimov PE, Zimin YV, Denisov VM, Bushuev YuI, Pylaeva SI, Krasnova NS. Effect of xenogenic immobilized bone matrix on the course of wound process. Bull Exp Biol Med. 2006; 141(4):462-464. In Russian].
2. Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М., 2005. [Barinov SM, Komlev VS. Calcium Phosphate Based Bioceramics. Moscow, 2005. In Russian].
3. Бобринецкий И.И., Морозов Р.А., Селезнев А.С., Подчерняева Р.Я., Лопатина О.А. Перспективы использования углеродных нанотрубок в качестве каркасного материала в инженерии биологических тканей // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011. Вып. 1. С. 85-90. [Bobrinetskiy II, Morozov RA, Seleznev AS, Podcherniaeva RI, Lopatina OA. The perspectives of carbon nanotube usage as scaffold material in biological tissues. Cellular Transplantation and Tissue Engineering. 2011; (1):85-90. In Russian].
4. Бурлаков С.В., Вишневский А.А., Олейник В.В., Гордеев С.К. Экспериментальное обоснование и клиническое применение комбинированных костно-угле-родных имплантатов и костных аутотрансплантатов для переднего спондилодеза при туберкулезном спондилите // Хирургия позвоночника. 2012. №. 4. С. 59-64. [Burlakov SV, Oleynik VV, Vishnevsky AA, Gordeyev SK. Experimental validation and clinical application of combined bone-carbon implants and bone autografts for anterior spinal fusion in tuberculous spondylitis. Hir. Pozvonoc. 2012; (4):59-64. In Russian]. DOI: http://dxdoi.org/10.14531/ss2012.459-64.
Васин С.Л., Немец Е.А., Перова Н.В., Розанова И.Б., Севастьянов В.И., Шехтер А.Б. Биосовместимость. М., 1999. [Vasin SL, Nemets EA, Perova NV, Roza-nova IB, Sevastianov VI, Shekhter AB. Biocompatibility. Moscow, 1999. In Russian]. Гнедовец А.Г., Фоминский В.Ю., Романов Р.И., Мацнев Н.П. Компьютерное моделирование роста тонкопленочных покрытий, сформированных импульсным лазерным осаждением при разных давлениях инертного газа // Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. №. 9. С. 3-9. [Gnedovets AG, Fominski VYu, Romanov RI, Matsnev NP. Computer modeling of thin film coatings growth during pulsed laser deposition at various pressures of inert gas. Strengthening Technologies and Coatings. 2007; (9): 3-9. In Russian].
Голосов Е.В., Емельянов В.И., Ионин А.А., Колобов Ю.Р., Кудряшов С.И., Лигачев А.Е., Новоселов Ю.Н., Селезнев Л.В., Синицын Д.В. Фемтосекунд-ная лазерная запись субволновых одномерных квазипериодических наноструктур на поверхности титана // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2009. № 2. С. 116-120. [Golosov EV, Emelyanov VI, Ionin AA, Kolobov YuR, Kudryashov SI, Ligachev AE, Novoselov YuN, Seleznev LV, Sinitsyn DV. Femtosecond laser writing of subwave one-dimensional quasiperiodic nanostructures on a titanium surface. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. 2009; (2): 107-110. In English]. DOI: 10.1134/S0021364009140057.
Димитрович Д-A Сравнительная оценка обработки поверхности внутрикост-ной части дентальных имплантатов (экспериментальное исследование): Дис. ... канд. мед. наук. М., 2009. [Dimitrovich DA. Comparative evaluation of surface treatment of intraosseous dental implants (experimental study): MD/PhD Thesis. Moscow, 2009. In Russian].
55
_хирургия позвоночника 2016. т. 13. № 1. с. 50-58 | щеляста pozvonochnika 2016;13(1):50-58_
а.а. вишневский и др. перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
9. Зайцев В.В., Карягина А.С., Лунин В.Г. Костные морфогенетические белки (BMP): общая характеристика, перспективы клинического применения в травматологии и ортопедии // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова.
2009. № 4. С. 79-84. [Zaytstev VV, Karyagina AS, Lunin VG. Bone morphogenetic proteins (BMP): total characteristics, perspectives of clinical using in traumatology and orthopaedics. Journal of Traumatology and Orthopedics. Priorov. 2009; (4): 79-84. In Russian].
10. Калита В.И., Маланин Д.А., Мамаева В.А., Мамаев А.И., Комлев Д.А., Деревянко И.В., Новочадов В.В., Ланцов Ю.А., Сучилин И.А. Модификация поверхностей внутрикостных имплантатов: современные исследования и нанотехнологии // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2009. № 4. С. 17-22. [Kalita VI, Malanin DA, Mamaeva VA, Mamaev AI, Komlev DA, Derevyanko IV, Novochadov VV, Lantsov YuA, Suchilin IA. Modification of intrabone implants surfaces: modern research and nanotechnologies. Journal of Volgograd State Medical University. 2009; (4): 17-22. In Russian].
11. Каменчук Я.А., Зеличенко Е.А., Гузеев В.В., Шашкин А.Б., Хлусов И.А., Зайцев К.В. Определение физико-химических характеристик и биоактивности in vitro композитного СаР/хитозанового покрытия, полученного методом электрохимического осаждения // Химия в интересах устойчивого развития.
2010. Т. 18. № 5. С. 577-582. [Kamenchuk YaA, Zelichenko EA, Guzeev VV, Shash-kin AB, Khlusov IA, Zaitsev KV. Determination of the physicochemical characteristics and biological activity in vitro of the composite Са-P/chitosan coating obtained by means of electrochemical deposition. Chemistry for Sustainable Development. 2010; 18(5): 577-582. In Russian].
12. Карлов А.В., Саприна Т.В., Кириллова Н.А., Федоров М.А., Хлусов И.А. Некоторые клинические и патофизиологические вопросы и перспективы хирургической коррекции остеопении у пациентов с несовершенным остеогене-зом // Гений ортопедии. 2008. № 4. С. 84-88. [Karlov AV, Saprina TV, Kirillova NA, Fedorov MA, Khlusov IA. Some clinical and pathophysiological problems and prospects of osteopenia surgical correction in patients with osteogenesis imperfecta. Genij Orto-pedii. 2008; (4):84-88. In Russian].
13. Кирилова И.А., Садовой М.А., Подорожная В.Т., Буякова С.П., Кульков С.Н. Керамические и костно-керамические имплантаты: перспективные направления // Хирургия позвоночника. 2013. № 4. C. 52-62. [Kirilova IA, Sadovoy MA, Podoro-zhnaya VT, Buyakova SP, Kulkov SN. Ceramic and osteoceramic implants: upcoming trends. Hir. Pozvonoc. 2013; (4): 52-62. In Russian]. DOI: http://dx.doi.org/10.14531/ ss2013.4.52-62.
14. Кирилова И.А., Таранов О.С., Подорожная В.Т. Остеоинтеграция композиционных костно-керамических материалов в эксперименте // Хирургия позвоночника. 2014. № 4. C. 80-87. [Kirilova IA, Taranov OS, Podorozhnaya VT. Osseointegration of composite bone-ceramic implants in experimental study. Hir. Poz-vonoc. 2014; (4):80-87. In Russian].
15. Коваленко А.Ю., Кезля О.П. Изучение в эксперименте специфического действия лекарственного препарата на основе нанокристаллического «Геля гидро-ксиапатита» при переломе длинной трубчатой кости // Медицинский журнал. 2010. № 4. С. 109-114. [Kovalenko AYu, Kezlya OP. The experimentalstudy of specific effect of nanocrystalline hydroxyapatite gel-based drug preparation for long bone fractures. Medical Journal (Belarusian State Medical University). 2010; (4): 109-114. In Russian].
16. Корж H.A., Кладченко Л.А., Малышкина C.B. Имплантационные материалы и остеогенез. Роль оптимизации и стимуляции в реконструкции кости // Ортопедия, травматология и протезирование. 2008. № 4. С. 5-14. [Korzh NA, Kladchen-ko LA, Malyshkina SV. Implant materials and osteogenesis. Role of biological fixation and osseointegration in bone reconstruction. Orthopaedics, Traumatology and Pros-thetics. 2005; (4): 118-127. In Russian].
17. Куклин Д.В., Баулин И.В., Беляков М.В., Дорофеев Л.А., Мушкин А.Ю.
Эффективность хирургического лечения распространенного туберкулеза позвоночника с применением титановых блок-решеток для переднего спондилодеза // Хирургия позвоночника. 2013. №3. C. 62-67. [Kuklin DV, Baulin IA, Belyakov MV, Dorofeev LA, Mushkin AYu. Efficacy of surgical treatment for generalized spinal tuberculosis using anterior fusion with titanium mesh. Hir. Pozvonoc. 2013; (3):62-67. In Russian]. DOI: http://dx.doi.org/10.14531/ss2013.3.62-67.
18. Кулаков А.А., Григорьян А.С. Проблема интеграции в дентальной имплантологии // Стоматология. 2007. №. 3. С. 4-7. [Kulakov AA, Grygoryan AS. Problems of integration in dental implantology. Stomatologiia. 2007; (3): 4-7. In Russian].
19. Кулаков О.Б., Докторов А.А., Дьякова С.В., Денисов-Никольский Ю.И., Гретц К.А. Остеоинтеграция имплантатов из циркония и титана в эксперименте // Морфология. 2005. №. 1. С. 52-55. [Kulakov OB, Doktorov AA, Diakova SV, Denisov-Nikolskiy YuI, Grotz KA Experimental study of osseointegration of zirconium and titanium dental implants. Morphology. 2005; (1): 52-55. In English].
20. Макаров А.Б., Сергеев К.С. Сравнительная характеристика методик переднего спондилодеза и имплантатов, используемых для его осуществления, при осколь-чатых переломах грудных и поясничных позвонков // Ошибки и осложнения в травматологии и ортопедии: Мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием, посвященной памяти проф. АН. Горячева. Омск, 2011. С. 162-173. [Makarov AB, Sergeev KS. Comparative characteristics of the anterior fusion techniques and implants used for comminuted fractures of the thoracic and lumbar vertebrae. In: Mistakes and Complications in Traumatology and Orthopaedics: Materials of All-Russian Scientific and Practical Conference with international participation, dedicated to the memory of prof. AN. Goryachev. Omsk, 2011: 162-173. In Russian].
21. Макаров А.Б., Сергеев К.С. Экспериментальное обоснование применения инновационного фиксатора для переднего спондилодеза при оскольчатых переломах нижнегрудного и поясничного отделов позвоночника // Медицинская наука и образование Урала. 2011. № 3. С. 35-37. [Makarov AB, Sergeev KS. Experimental ground of an innovated fixator application for anterior spondylodesis in low thoracic and lumbar vertebrae comminuted fractures. Medical science and education of Ural. 2011; (3): 35-37. In Russian].
22. Маланин Д.А., Калита В.И., Мамаева В.А., Деревянно И.В., Крайнев Е.А., Снигур Г.Л. Формирование границы раздела между костной тканью и титановыми имплантатами с биоактивными керамическими покрытиями // 8-й съезд травматологов-ортопедов России: Тез. докл. Самара, 2006. С. 257-258. [Malanin DA, Kalita VI, Mamaeva VA, Derevyanno IV, Krainev EA, Snigur GL. Formation of the interface between bone tissue and titanium implants with bioactive ceramic coating. In: Abstracts of the 8 th Congress of traumatologists and orthopedists of Russia. Samara, 2006:257-258. In Russian].
23. Миронов С.П., Гинцбург А.Л., Еськин Н.А., Лунин В.Г., Гаврюшенко Н.С., Карягина А.С., Зайцев В.В. Экспериментальная оценка остеоиндуктивности рекомбинантного костного морфогенетического белка (АВМР-2) отечественного производства, фиксированного на биокомпозиционном материале или костном матриксе // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2010. № 4. C. 27-31. [Mironov SP, Gintsburg AL, Eskin NA, Lunin VG, Gavryushenko NS, Kary-agina AS, Zaytsev VV. Experimental evaluation of osteoinduction of recombinant bone morphogenic protein (rhBMP-2) of native production fixative on biocomposite or bone matrix. Reporter of Traumatology and Orthopedics named Priorov. 2010; (4): 27-31. In Russian].
24. Миронов С.П., Еськин Н.А., Андреева Т.М. Состояние специализированной амбулаторной травматолого-ортопедической помощи пострадавшим от травм и больным с патологией костно-мышечной системы // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2010. №. 1. С. 3-8. [Mironov SP, Eskin NA, Andreeva TM. Specialized traumatologic and orthopaedic care for outpatients with injuries and bone-
56
а.а вишневский и др. перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
muscular diseases. Reporter of Traumatology and Orthopedics named Priorov. 2010; (1): 3-8. In Russian].
25. Митрофанова И.В., Мильто И.В., Суходоло И.В., Васюков Г.Ю. Возможности биомедицинского применения углеродных нанотрубок // Бюл. сибирской медицины. 2014. № 1. С. 135-144. [Mitrofanova IV, Milto IV, Suhodolo IV, Vasyu-kov GYu. Opportunities of biomedical use of carbon nanotubes. Bulletin of Siberian Medicine. 2014; (1): 135-144. In Russian].
26. Новочадов В.В., Маланин Д.А., Писарев В.Б., Калита В.И., Мамаев А.И., Крайнов Е.А. Взаимодействие кальциофосфатных биокерамических покрытий титановых имплантатов на границе раздела с костной тканью // Бюл. Волгоградского научного центра РАМН и Администрации Волгоградской области. 2004. № 3. С. 20-24. [Novochadov VV, Malanin DA, Pisarev VB, Kalita VI, Mamaev AI, Krainov EA. Interaction of calcium phosphate bioceramic coatings of titanium implants at the interface with the bone tissue. Bulletin of Volgograd Research Centre of RAMS and Volgograd Region Administration. 2004; (3): 20-24. In Russian].
27. Павлова Л.А., Павлова Т.В., Нестеров А.В., Колесников Д.А., Гончаров И.Ю., Жерновой М.Г. Морфологический анализ костного дефекта при использовании имплантата титана, обработанного пескоструйным методом с различными композитными покрытиями в динамике первого месяца регенерации // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Медицина. Фармация. 2010. № 9. С. 58-63. [Pavlova LA, Pavlova TV, Nesterov AV, Kolesnikov DA, Goncha-rov IYu, Zhernovoi MG. Morphological analysis of bone defect at use of nanostructural titanium implant with various composite coverings in dynamics during the first month of regeneration. Scientific Bulletin of the Belgorod State University. Series: Medicine. Pharmacy. 2010; (9): 58-63. In Russian].
28. Плюснин М.Ю., Штраубе Г.И. Применение дентальных имплантатов с фторид-ным покрытием: ближайшие и отдаленные результаты имплантации // Аспирант и соискатель. 2011. № 6. С. 118-120. [Plyusnin MYu, Shtraube GI. The use of dental implants with fluoride coating: immediate and long-term results of implantation. Aspirant I Soiskatel. 2011; (6): 118-120. In Russian].
29. Салимгареева Г.Х. Структурообразование и формирование свойств в титановых прутках, полученных комбинированной ИПД-технологией: Дис. .. канд. техн. наук. Уфа, 2009. [Salimgareeva GKh. Formation of a structure and properties of titanium rods manufactured using combined SPD-technology: PhD Thesis in Technics. Ufa, 2009. In Russian].
30. Сидельников А.И. Сравнительная характеристика материалов группы титана, используемых в производстве современных дентальных имплантатов // Инфо-дент. 2000. № 5. С. 10-12. [Sidelnikov AI. Comparative characteristics of the titanium-group materials used for manufacturing modern dental implants. Infodent. 2000; (5): 10-12. In Russian].
31. Татаренко-Козмина Т.Ю., Денисов-Никольский Ю.И., Воложин А.И., Докторов А.А., Мальгинов Н.Н., Краснов А.П. Влияние гидроксиапатита в составе биостабильных композитов на заселение и пролиферацию мезенхи-мальных стволовых клеток // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2007. № 2. С. 83-87. [Tatarenko-Kozmina TYu, Denisov-Nikolski YuI, Volozhin AI, Doktorov AA, Malginov NN, Krasnov AP. Effect of hydroxyapatite as a component of biostable composites on population and proliferation of mesenchymal stem cells. Bull Exp Biol Med. 2007; 143:519-523. In English].
32. Шашкина Г.А. Получение кальцийфосфатного покрытия микродуговым методом. Структура и свойства биокомпозита на основе титана с кальцийфосфатными покрытиями: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Томск, 2006. [Shashkina GA Micro-arc calcium phosphate coatings. Structure and properties of titanium biocomposite with calcium phosphate coatings: Abstract of PhD Thesis in Technics. Tomsk, 2006. In Russian].
33. Boden SD, Hair G, Titus L, Rachine M, McCuaig K, Wozney JM, Nanes MS.
Glucocorticoid-induced differentiation of fetal rat calvarial osteoblasts is mediated by bone morphogenetic protein-6. Endocrinology. 1997; 138: 2820-2828.
34. Borsari V, Fini M, Giavaresi G, Tschon M, Chiesa R, Chiusoli L, Salito A, Rimondini L, Giardino R. Comparative in vivo evaluation of porous and dense duplex titanium and hydroxyapatite coating with high roughnesses in different implantation environments. J Biomed Mater Res A. 2009; 89: 550-560. DOI: 10.1002/ jbm.a.31995.
35. Broberg M, Eriksson C, Nygren H. Gpllb/IIIa is the main receptor for initial platelet adhesion to glass and titanium surfaces in contact with whole blood. J Lab Clin Med. 2002; 139: 163-172. DOI: http://dx.doi.org/10.1067/mlc.2002.121604.
36. Brun P, Dickinson SC, Zavanet B, Cortivo R, Hollander AP, Abatangelo G. Characteristics of repair tissue in second-look and third-look biopsies from patients treated with engineered cartilage: relationship to symptomatology and time after implantation. Arthritis Res Ther. 2008; 10:R132. DOI: 10.1186/ar2549.
37. Burkus JK, Sandhu HS, Gornet MF, Longley MC. Use of rhBMP-2 in combination with structural cortical allografts: clinical and radiographic outcomes in anterior lumbar spinal surgery. J Bone Joint Surg Am. 2005;87: 1205-1212. DOI: 10.2106/JBJS.D.02532.
38. Butter RS, Lettington AH. Applications of Diamond Films and Related Materials, Third International Conference; NIST Special Publication, Vol. 885, 1995.
39. Checan NM, Beliauski NM, Akulich VV, Pozdniak LV, Sergeeva EK, Chernov AN, Kazbanov VV, Kulchitsky VA. Biological activity of silver-doped DLC films. Diam Relat Mater. 2009; 18: 1006-1009.
40. Cheng H, Jiang W, Phillips FM, Haydon RC, Peng Y, Zhou L, Luu HH, An N, Breyer B, Vanichakarn P, Szatkowski JP, Park JY, He TC. Osteogenic activity of the fourteen types of human bone morphogenetic proteins (BMPs). J Bone Joint Surg Am. 2003;85: 1544-1552.
41. Cooper LF, Masuda T, Whitson SW, Yliheikkila P, Felton DA. Formation of mineralizing osteoblast cultures on machined, titanium oxide grit-blasted, and plasma-sprayed titanium surfaces. Int J Oral Maxillofac Implants. 1999; 14: 37-47.
42. Dalton JE, Cook SD. In vivo mechanical and histological characteristics of HA-coat-ed implants vary with coating vendor. J Biomed Mater Res. 1995; 29: 239-245. DOI: 10.1002/jbm.820290215.
43. Davies JE. Understanding peri-implant endosseous healing. J Dent Educ. 2003; 67: 932-949.
44. Depprich R, Zipprich H, Ommerborn M, Naujoks C, Wiesmann HP, Kiat-tavorncharoen S, Lauer HC, Meyer U, Kübler NR, Handschel J. Osseointegra-tion of zirconia implants compared with titanium: an in vivo study. Head Face Med. 2008; 4: 30. DOI: 10.1186/1746-160X-4-30.
45. Esposito M, Murray-Curtis L, Grusovin MG, Coulthard P, Worthington HV. Interventions for replacing missing teeth: different types of dental implants. Cochrane Database Syst Rev. 2007; (4):CD003815.
46. Grill A. Diamond-like carbon coatings as biocompatible materials - an overview. Diam Relat Mater. 2003; 12: 166-170.
47. Grill A, Meyerson BS. Development and status of diamond-like carbon. In: Synthetic Diamond: Emerging CVD Science and Technology, Spear KE, Dismukes JP, eds. New York: John Wiley & Sons, 1994:91-141.
48. Grob D, Daehn S, Mannion AF. Titanium mesh cages (TMC) in spine surgery. Eur Spine J. 2005; 14: 211-221. DOI: 10.1007/s00586-004-0748-7.
49. Haid RW Jr, Branch CL Jr, Alexander JT, Burkus JK. Posterior lumbar interbody fusion using recombinant human bone morphogenetic protein type 2 with cylindrical interbody cages. Spine J. 2004;4: 527-538. DOI: 10.1016/j.spinee.2004.03.025.
50. Ionin AA, Kudryashov SI, Makarov SV, Rudenko AA, Seleznev LV, Sinitsyn DV, Golosov EV, Kolobov YR, Ligachev AE. Beam spatial profile effect on femtosec-
57
_хирургия позвоночника 2016. т. 13. № 1. с. 50-58 | щеляста pozvonochnika 2016;13(1):50-58_
аа. вишневский и др. перспективы применения титановых имплантатов с заданными остеогенными свойствами
ond laser surface structuring of titanium in scanning regime. Appl Surf Sci. 2013; 284: 634-637. DOI: 10.1016/j.apsusc.2013.07.144.
51. Jacobs TL, Spence JH, Wagal SS, Oien HJ. Applications of diamond films and related materials. Third International Conference; NIST Special Publication, Vol. 885, 1995.
52. Johnsson R, Stromqvist B, Aspenberg P. Randomized radiostereometric study comparing osteogenic protein-1 (BMP-7) and autograft bone in human noninstru-mented posterolateral lumbar fusion: 2002 Volvo Award in clinical studies. Spine. 2002; 27: 2654-2661.
53. Junker R, Dimakis A, Thoneick M, Jansen JA. Effects of implant surface coatings and composition on bone integration: a systematic review. Clin Oral Implants Res. 2009; 20 Suppl 4: 185-206. DOI: 10.1111/j.1600-0501.2009.01777.x.
54. Kanayama M, Hashimoto T, Shigenobu K, Yamane S, Bauer TW, Togawa D. A prospective randomized study of posterolateral lumbar fusion using osteogenic pro-tein-1 (OP-1) versus local autograft with ceramic bone substitute: emphasis of surgical exploration and histologic assessment. Spine. 2006; 31: 1067-1074.
55. Kim K, Fisher JP. Nanoparticle technology in bone tissue engineering. J Drug Target. 2007; 15: 241-252. DOI: 10.1080/10611860701289818.
56. Koptan W, Elmiligui Y, Elsharkawi M. Single stage anterior reconstruction using titanium mesh cages in neglected kyphotic tuberculous spondylodiscitis of the cervical spine. Eur Spine J. 2011; 20: 308-313. DOI: 10.1007/s00586-010-1537-0.
57. Larsson C, Thomsen P, Aronsson BO, Rodahl M, Lausmaa J, Kasemo B, Eric-son LE. Bone response to surface-modified titanium implants: studies on the early tissue response to machined and electropolished implants with different oxide thicknesses. Biomaterials. 1996; 17:605-616. DOI: 10.1155/2013/412482.
58. Magit DP, Maak T, Trioano N, Raphael B, Hamouria Q, Polzhofer G, Drespe I, Albert TJ, Grauer JN. Healos/recombinant human growth and differentiation fac-tor-5 induces posterolateral lumbar fusion in a New Zealand white rabbit model. Spine. 2006; 31: 2180-2188.
59. Mavrogenis AF, Dimitriou R, Parvizi J, Babis GC. Biology of implant osseointe-gration. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2009; 9: 61-71.
60. Meyle J, Gultig K, Rascher G, Wolburg H. Transepithelial electrical resistance and tight junctions of human gingival keratinocytes. J Periodontal Res. 1999; 34: 214-222.
61. Moroni L, Hamann D, Paoluzzi L, Pieper J, de Wijn JR, van Blitterswijk CA. Regenerating articular tissue by converging technologies. PLoS ONE. 2008; 3: e3032. DOI: 10.1371/journal.pone.0003032.
62. Motomiya M, Ito M, Takahata M, Kadoya K, Irie K, Abumi K, Minami A. Effect of hydroxyapatite porous characteristics on healing outcomes in rabbit pos-terolateral spinal fusion model. Eur Spine J. 2007; 16: 2215-2224. DOI: 10.1007/ s00586-007-0501-0.
63. Novaes AB Jr, Souza SL, de Oliveria PT, Souza AM. Histomorphometric analysis of the bone-implant contact obtained with 4 different implant surface treatments placed side by side in the dog mandible. Int J Oral Maxillofac Implants. 2002; 17: 377-383.
64. Nuss KM, von Rechenberg B. Biocompatibility issues with modern implants in bone - a review for clinical orthopedics. Open Orthop J. 2008; 2: 66-78. DOI: 10.2174/1874325000802010066.
65. Park JY, Gemmell CH, Davies JE. Platelet interactions with titanium: modulation of platelet activity by surface topography. Biomaterials. 2001; 22: 2671-2682. DOI: 10.1016/S0142-9612(01)00009-6.
66. Pedersen SF, Hoffmann EK, Mills JW. The cytoskeleton and cell volume regulation. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 2001; 130:385-399.
67. Rihn JA, Kirkpatrick K, Albert TJ. Graft options in the posterolateral and posterior interbody lumbar fusion. Spine. 2010; 35: 1629-1639. DOI: 10.1097/ BRS.0b013e3181d25803.
68. Shokuhfar T, Titus E, Cabral G, Sousa AC, Gracio J, Ahmed W, Okapalu-go T, Makradi A, Ahzi S. Modelling on the mechanical properties of nanocomposite hydroxyapatite/PMMA/carbon nanotube coatings. Int J Nano and Biomaterial.s 2007; 1: 107-115. DOI: 10.1504/IJNBM.2007.016555.
69. Sirivisoot S, Yao C, Xiao X, Sheldon BW, Webster T. Greater osteoblast functions on multiwalled carbon nanotubes grown from anodized nanotubu-lar titanium for orthopedic applications. Nanotechnology. 2007; 18: 365102. DOI: 10.1088/0957-4484/18/36/365102.
70. Stankiewicz JA, Vaidy AM, Chow JM, Petruzzelli G. Complications of hydroxy-apatite use for transnasal closure of cerebrospinal fluid leaks. Am J Rhinol. 2002; 16: 337-341.
71. Steinert AF, Ghivizzani SC, Rethwilm A, Tuan RS, Evans CH, Noth U. Major biological obstacles for persistent cell-based regeneration of articular cartilage. Arthritis Res Ther. 2007; 9: 213. DOI: 10.1186/ar2195.
72. Urist MR. Bone: formation by autoinduction. Science. 1965; 150: 893-899. DOI: 10.1126/science.150.3698.893.
73. Vaccaro AR, Patel T, Fischgrund J, Anderson DG, Truumees E, Herkowitz H, Phillips F, Hilibrand A, Albert TJ. A pilot safety and efficacy study of OP-1 putty (rhBMP-7) as an adjunct to iliac crest autograft in posterolateral lumbar fusions. Eur Spine J. 2003; 12:495-500. DOI: 10.1007/s00586-003-0561-8.
74. Vaccaro AR, Patel T, Fischgrund J, Anderson DG, Truumees E, Herkowitz H, Phillips F, Hilibrand A, Albert TJ. A 2-year follow-up pilot study evaluating the safety and efficacy of op-1 putty (rhbmp-7) as an adjunct to iliac crest autograft in posterolateral lumbar fusions. Eur Spine J. 2005; 14:623-662. DOI: 10.1007/s00586-004-0845-7.
75. Wennerberg A, Albrektsson T. Effects of titanium surface topography on bone integration: a systematic review. Clin Oral Implants Res. 2009; 20 Suppl 4: 172-184. DOI: 10.1111/j.1600-0501.2009.01775.x.
Адрес для переписки:
Вишневский Аркадий Анатольевич
197373, Санкт-Петербург, ул. Планерная, 67, корп. 3, кв. 33,
vichnevsky@mail.ru
Address correspondence to:
Vishnevsky Arkady Anatolyevich
Planernaya str., 67/3, ap. 33, St. Petersburg, 197373, Russia,
vichnevsky@mail.ru
Статья поступила в редакцию 17.03.2015
Аркадий Анатольевич Вишневский, д-р мед. наук, руководитель отделения фтизиовертебрологии; Владимир Владимирович Казбанов, аспирант отделения фтизиовертебрологии; Мурад Султанович Баталов, аспирант отделения фтизиовертебрологии, Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии.
Arkady Anatolyevich Vishnevsky, MD, DMSc, head of the department of phthisio-vertebrology; Vladimir Vladimirovich Kazbanov, MD fellow in the department ofphthisio-vertebrology; Murad Sultanovich Batalov, MD fellow in the department of phthisio-vertebrology, St. Petersburg Research Institute of Phthisiopulmonology, St. Petersburg, Russia.
58
