Проекты

Аугментация костной ткани в стоматологии с применением синтетического биоматериала

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Химия в фармации и медицине»

Направление работы: Медицина
Авторы работы: РЦ «Медицинский Сеченовский Предуниверсарий»
Предметы: Биология, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину», 11–13 апреля 2019 года

Цель

Создание нового биоматериала для костной аугментации с предельно низкими антигенными свойствами при сохранении биологических и физико-механических свойств, обеспечивающего рост тканей на месте имплантации без признаков рубцевания или инкапсуляции, а также обратного развития воспалительных, фиброзных и дегенеративно-дистрофических изменений в тканях.

Описание

Основной задачей современной имплантологии является восстановление утраченных функций зубочелюстной системы и эстетики, что напрямую сказывается на качестве жизни пациента. Но не во всех случаях имплантация справляется с поставленной перед ней задачей. Основной причиной этих «неудач» является недостаточный объём костной ткани. Удаление зубов вследствие болезней или травмы приводит к атрофии альвеолярных отростков, которая быстро прогрессирует во времени. Для решения проблемы, связанной с недостаточным объёмом кости, применяется аугментация – процесс восстановления или замещения костной ткани.

Гипотеза

В результате фосфорилирования яичной скорлупы с последующей термической обработкой можно получить материал, по неорганическому составу очень близкий к составу костной ткани, а добавление в него хондроитин сульфата натрия и APRF придаст ему остеоиндуктивные свойства.

Задачи

1. Изучение литературы по теме.

2. Изучение и описание свойств синтетического биоматериала.

3. Получение эффективного и безопасного биоматериала для аугментации костной ткани.

4. Детальное изучение полученного материала.

5. Сравнительный анализ полученных результатов и результатов аналогичных исследований.

Для получения биоматериала использовалось три компонента.

Яичная скорлупа, мелкоизмельчённая в керамической посуде, предварительно очищенная от органической плёнки, покрывающей её изнутри. Содержание кальция в 100 г яичной скорлупы больше, чем в кости, но недостаточно фосфора. Известно, что скорлупа на 90 % состоит из карбоната кальция. Идея состояла в том, чтобы путём реакций ионного обмена с фосфорной кислотой обогатить порошок яичной скорлупы фосфатной группой и убрать излишек карбоксильной. Яичная скорлупа содержит органические соединения, которые являются антигеном и могут вызвать аллергические реакции, а также содержит галоген йод. Эти вещества были удалены путём термической обработки в сухожаровом шкафу при температуре +180 ⁰С в течение 60 минут. В результате получено стерильное неорганическое вещество, готовое к работе.

Хондроитин сульфат натрия – естественный компонент суставного хряща, влияет на фосфорно-кальциевый обмен в костной и хрящевой тканях, обладает противовоспалительной активностью, стимулирует синтез гиалуроновой кислоты.

Фосфорная кислота использовалась для обработки яичной скорлупы, что привело к образованию солей фосфорной кислоты, преимущественно фосфата кальция, являющегося основным структурным материалом костной ткани.

Для лучшего заживления ран можно использовать богатый тромбоцитами фибрин (PRF – Platelet Rich Fibrin) – фибриновый матрикс, содержащий в себе цитокины, факторы роста и белые кровяные клетки (лейкоциты) и способный выделять их продолжительное время. Это улучшает регенерацию тканей и результат проводимого лечения. Получают вещество из венозной крови пациента, которая после центрифугирования в специальных пробирках смешивается с предыдущими компонентами.

Какие возможности даёт использование модифицированного улучшенного APRF?

1. Отказаться от использования ксеногенных, аллогенных и искусственных мембран и получить аутогенную мембрану с максимальной биосовместимостью и очень низкой себестоимостью.

2. Существенно уменьшить количество осложнений в связи с быстрым заживлением и образованием костной ткани за счёт стимуляции ангиогенеза.

3. Избежать необходимость забора соединительно-тканного трансплантата.

4. Значительно улучшить качество направленной костной регенерации (НКР) за счёт пластилиноподобной консистенции графта.

5. На порядок удешевить процедуру костной пластики.

Полученный таким образом биоматериал является конечным продуктом исследования. В дальнейшем он укладывается на костный дефект, место предполагаемой аугментации. Затем укрепляется каркасом, созданным из титановой сетки, титанового шёлка или костных блоков, и ушивается узловыми или матрасными швами.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Центрифуга

• Сухожаровой шкаф

• APRF-пробирка

• Материал (хондроитин сульфат натрия, измельчённая яичная скорлупа, фосфорная кислота)

Результаты

1. Получен биоматериал, обладающий высокой биологической активностью (остеоиндуктивностью и остеокондуктивностью) и близкий по химическому составу к костной ткани.

2. Универсальность этого биоматериала состоит в том, что в качестве минерального наполнителя используется материал натурального происхождения, обладающий бо́льшим сродством с естественной костью, чем все его синтетические аналоги, и имеющий низкие антигенные свойства.

3. Простота технологии получения продукта экономически выгодна, что отражается на его конечной стоимости и делает его более доступным