ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ С ЗАДАННЫМИ ОСТЕОГЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Обсуждаются преимущества и недостатки использования титановых имплантатов в хирургической вертебрологии. Улучшение фиксации титановых имплантатов в костной ткани достигается при использовании разнообразных текстурированных и нанотехнологических покрытий их поверхностей. Покрытия из остеотропных материалов на основе гидроксиапатита (ГА) и трикальцийфосфата (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 остеопластического 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.

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.

2. Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М., 2005.

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.

4. Бурлаков С.В., Вишневский А.А., Олейник В.В., Гордеев С.К. Экспериментальное обоснование и клиническое применение комбинированных костно-углеродных имплантатов и костных аутотрансплантатов для переднего спондилодеза при туберкулезном спондилите // Хирургия позвоночника. 2012. №. 4. С. 59-64.

5. Васин С.Л., Немец Е.А., Перова Н.В., Розанова И.Б., Севастьянов В.И., Шехтер А.Б. Биосовместимость. М., 1999.

6. 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.

7. 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. Фемтосекундная лазерная запись субволновых одномерных квазипериодических наноструктур на поверхности титана // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2009. № 2. С. 116-120.

8. Димитрович Д.A. Сравнительная оценка обработки поверхности внутрикостной части дентальных имплантатов (экспериментальное исследование): Дис.. канд. мед. наук. М., 2009.

9. Зайцев В.В., Карягина А.С., Лунин В.Г. Костные морфогенетические белки (ВМР): общая характеристика, перспективы клинического применения в травматологии и ортопедии // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2009. № 4. С. 79-84.

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.

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.

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 остеогенезом // Гений ортопедии. 2008. № 4. С. 84-88.

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.

14. Кирилова И.А., Таранов О.С., Подорожная В.Т. Остеоинтеграция композиционных костно-керамических материалов в эксперименте // Хирургия позвоночника. 2014. № 4. C. 80-87.

15. Коваленко А.Ю., Кезля О.П. Изучение в эксперименте специфического действия лекарственного препарата на основе нанокристаллического «Геля гидроксиапатита» при переломе длинной трубчатой кости // Медицинский журнал. 2010. № 4. С. 109-114.

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.

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.

18. Кулаков А.А., Григорьян А.С. Проблема интеграции в дентальной имплантологии // Стоматология. 2007. №. 3. С. 4-7.

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.

20. Макаров А.Б., Сергеев К.С. Сравнительная характеристика методик переднего спондилодеза и имплантатов, используемых для его осуществления, при оскольчатых переломах грудных и поясничных позвонков // Ошибки и осложнения в травматологии и ортопедии: Мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием, посвященной памяти проф. А.Н. Горячева. Омск, 2011. С. 162-173.

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.

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.

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 (rhВМР-2) отечественного производства, фиксированного на биокомпозиционном материале или костном матриксе // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2010. № 4. C. 27-31.

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.

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.

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.

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.

28. Плюснин М.Ю., Штраубе Г.И. Применение дентальных имплантатов с фторидным покрытием: ближайшие и отдаленные результаты имплантации // Аспирант и соискатель. 2011. № 6. С. 118-120.

29. Салимгареева Г.Х. Структурообразование и формирование свойств в титановых прутках, полученных комбинированной ИПД-технологией: Дис.. канд. техн. наук. Уфа, 2009.

30. Сидельников А.И. Сравнительная характеристика материалов группы титана, используемых в производстве современных дентальных имплантатов // Инфодент. 2000. № 5. С. 10-12.

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 мезенхимальных стволовых клеток // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2007. № 2. С. 83-87.

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.

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. GpIIb/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-coated 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, Kiattavorncharoen S, Lauer HC, Meyer U, Kübler NR, Handschel J. Osseointegration 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 femtosecond 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 noninstrumented 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 protein-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, Ericson 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 factor-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 osseointegration. 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 posterolateral 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, Okapalugo 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 nanotubular 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 hydroxyapatite 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.