Polymers in Medicine
2013, vol. 43, nr 2, April-June, p. 81–91
Publication type: experimental paper
Language: Polish
Badanie wpływu mikrostruktury wszczepów na osnowie TiO2 na proces formowania się tkanki kostnej
Examination of influence of microstructure of grafts on TiO2 base on the process of bone tissue forming
1 Zakład Chirurgii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu, Polska
2 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej, Zakład Materiałoznawstwa Politechniki Wrocławskiej, Polska
3 Zakład Radiologii Ogólnej, Zabiegowej i Neuroradiologii Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu, Polska
4 Zakład Bioceramiki Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie, Polska
Streszczenie
Cel pracy. Przedmiotem badań była ocena wpływu wprowadzonej modyfikacji struktury w porowatych wszczepach ceramicznych na osnowie TiO2 na przerastanie tkanką kostną, w badaniach z zastosowaniem mikroskopii skaningowej i RTG.
Materiał i metody. Przygotowano nowe materiały ceramiczne oparte na TiO2, które cechowały się wysokimi wartościami wytrzymałości mechanicznej, dużym stopniem spieczenia oraz biozgodnością w warunkach in vitro. Właściwości te czynią z nich godne zainteresowania potencjalne materiały kościozastępcze. Z ceramiki opartej na TiO2 wytworzono dwa rodzaje wszczepów: o budowie zwartej i o strukturze porowatej. Wprowadzona modyfikacja struktury – makroporowatość – miała na celu nadanie wszczepom właściwości osteokondukcyjnych i wywołanie procesów sprzyjających formowaniu się tkanki kostnej. W badaniach miejscowej reakcji tkanki kostnej po implantacji wytworzonych wszczepów porowatych i stopnia ich osteointegracji, istotnym zagadnieniem jest ocena zasiedlenia wewnętrznych przestrzeni przez tkanki podporowe. Próbki badanych materiałów zwartych i porowatych w formie walców wszczepiano w kości udowe królików na okres do 6 miesięcy. Powierzchnie wszczepów i stopień ich zasiedlenia tkankami podporowymi, oceniano w przekrojach implantów metodami mikroskopii świetlnej i skaningowej i potwierdzano w badaniach RTG.
Wyniki. Analiza uzyskanych danych wykazała, że powierzchnia ceramiki zwartej pokryta była głównie wzrastającymi z czasem obserwacji ilościami substancji międzykomórkowej i blaszek kostnych. Makroporowata struktura ceramiki porowatej na osnowie TiO2 umożliwiła zasiedlenie wewnętrznych przestrzeni wszczepu komórkami tkanek podporowych, częściowo w 1 miesiącu, intensywniej w 3 i nie została zakończona w 6 miesiącu po implantacji.
Wnioski. Porowate wszczepy na bazie TiO2 w postaci pianki ceramicznej wykazywały właściwości osteokondukcyjne, choć proces kolonizacji w 6 miesiącu obserwacji nie został zakończony, a kondycja komórek wewnątrz implantu była osłabiona.
Abstract
Aim of study. Evaluation of the influence of the introduced structure modification in porous ceramic grafts on TiO2 base on overgrowing with bone tissue, in examinations with use of scanning microscopy and X-rays was the subject of the examinations.
Material and method. New ceramic materials based on TiO2 with high values of mechanical resistance, large sintering degree and biocompatibility in in vitro conditions were prepared. Those properties cause that they are worth interest as potential osteosubstitutive materials. Two kinds of grafts were created from ceramics based on TiO2: with compact and porous structure. The introduced structure modification – macroporosity – had the purpose to give osteoconductive properties to the grafts, to evoke processes favorable for bone tissue forming. In examinations of the local reaction of bone tissue after implantation of the formed porous grafts, degree of their osteointegration, the essential issue is the evaluation of the settling of the inner spaces with supporting tissues. Samples of the tested compact and porous materials in the form of cylinders were implanted in femoral bones of rabbits for a period till 6 months. The surfaces of grafts and the degree of their settling with supporting tissues were evaluated in cross-sections of the implants with light and scanning microscopic methods and they were confirmed in X-ray tests.
Results. Analysis of the obtained data showed that, the surface of solid ceramic on TiO2 base was covered mainly with increasing with a time of observation quantities of extracellular substance and lamellas of bone. The macrporous structure of porous ceramic on TiO2 base enabled settling of the inner spaces of graft with supporting tissue cells, partly in the 1st month, more intensively in the 3rd and it was not completed in the 6th month after implantation.
Conclusion. Porous grafts in the form of ceramic foam on TiO2 base showed osteoconductive properties, though process of colonization after 6th month observation was not completed and the condition of the cells inside of the implant was reduced.
Słowa kluczowe
ceramika porowata TiO2, osteointegracja, osteokondukcja, biomateriały
Key words
porous ceramics TiO2, osteointegration, osteoconduction, biomaterials
References (11)
- Michałowski S., Jaegermann Z.: Opracowanie technologii otrzymywania nowych wszczepów ceramicznych na osnowie TiO2 do zastosowań w chirurgii kości – badania wstępne. Prace Instytutu Szkła, Ceramiki, Materiałów Ogniotrwałych i Budowlanych, (2009), 4, 29–44.
- Majewski S., Malisz P., Dutkiewicz J., Majewski P., Janus A.: Badanie struktur powierzchniowych niezintegrowanych implantów dentystycznych, (Biomet 3i, Osteoplant HEX) z zastosowaniem mikroskopii elektronowej i rentgenowskiej analizy spektrometrycznej. Implantoprotetyka (2010), XI, 4, 41.
- Dominiak M., Żywicka B.: Poekstrakcyjne procesy gojenia się tkanki miękkiej i kostnej wyrostka zębodołowego. Podstawy chirurgii stomatologicznej; Wrocław AM. (2010), 113–129.
- Stodolak E.: Badania nad modyfikacją powierzchniową i wpływem włókien na materiał polimerowy i odpowiedź komórkową, praca doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2006.
- Ask M., Lusamawa J., Kasemo B.: Preparation and surface spectroscopic characterization of oxide films on Ti6/4v, Appl Surf Sci (1988), 35, 283–301.
- Webster T., Doremus R., Siegiel W., Bizios R.: Enhanced functions of osteoblasts on nanoparticles ceramics, Biomaterials, (2000), 21, 1803–1810.
- Parikh S.N.: Bone graft substitutes: past, present, future. J. Postgrad. Med. (2002), 48, 142.
- Koźlik M., Wojcicki P., Rychlik D.: Preparaty kościozastępcze. Dent. Med. Probl. (2011), 48, 4, 547–553.
- Zinger 0., Anselmeb K., Denzer A., Habersetzer P.,Wieland M., Jeanfils J., Hardouin P., Landolt D.: Time dependent morphology and adhesion of osteoblastic cells on titanium model surfaces featuring scale resolved topography. Biomaterials (2004), 25, 2695–2711.
- Jansen J., von Recum J.: Textured and porous materials; Biomaterials Science; An Introduction to Materials in Medicine, Elsevier Science & Technology Books 2002, 218–224.
- Jurczyk K.: Badania właściwości chemicznych, mechanicznych fizykochemicznych i biokompatybilności nanokompozytów tytan–ceramika w warunkach in vitro, praca doktorska, Uniwersytet Medyczny w Poznaniu 2010.