Введение к работе
Актуальность проблемы
Широкий круг различных природных (кораллы, аллогенных -человеческая кость и ксеногенных - кости животных) и синтетических (сплавы металлов, керамика, стекла, полимеры и их композиты) материалов используется в хирургии и имплантологии для замены и реконструкции травмированных или отсутствующих участков человеческого скелета на протяжении последних пятидесяти лет (Huttinger, 1984; Hollingen et al., 1996). С каждым годом это направление современной медицины получает все большее развитие вследствие разработки новых, более совершенных' материалов и методов оперативного лечения.
Тем не менее, несмотря на значительные научные успехи и технологические достижения в этой области, до сих пор фундаментальная проблема восстановления формы, структуры и функции поврежденной костной ткани в полной мере остается нерешенной.
Применение аллогенных материалов (за исключением аутогенной кости) сопряжено с риском передачи различных вирусных заболеваний, включая гепатит и СПИД. Кроме того, дефицит данного материала (связанный в том числе и с определенными этическими проблемами) ограничивает возможность его широкого использования. Ксеногенные материалы, в силу наличия потенциально антигенных составляющих, таят в себе угрозу иммунных реакций, приводящих к воспалению окружающих имплантат тканей и его последующему отторжению. Кораллы и различные типы биоактивных керамик, получаемые, как правило, методом спекания порошкообразных фосфатов кальция (гидроксиапатит - ГАП, трикальций фосфат - ТКФ и др.), а также биоинертные керамические материалы и стекла являются чересчур твердыми и неэластичными, что препятствует процессу их продолжительной интеграции с живой тканью организма. Помимо этого, в ряде случаев твердые микрочастицы, образующиеся в процессе эксплуатации данных имплантатов, являются источником развития воспалительных процессов.
К основными недостаткам применяемых сегодня полимеров следует отнести токсичность (вследствие наличия в них токсичных мономеров, низкомолекулярных олигомеров и технологических примесей), низкую биоактивность и весьма значительное (порою в несколько раз) отличие физико-механических характеристик (прочность на растяжение и сжатие, микротвердость, модуль упругости и т.д.) от аналогичных параметров костной ткани. Тем не менее, возможности современной науки и технологии синтеза органических соединений позволяют получать практически
неограниченный круг разнообразных типов полимерных материалов и композитов на их основе, обладающих требуемыми биомеханическими и физико-химическими свойствами.
Проведение фундаментальных и прикладных исследований
всего комплекса процессов взаимодействия разнообразных
полимерных систем с живым организмом (от первичных клеточных
реакций до долговременного функционирования
остеоинтегрированного имплантата) с последующим поиском и синтезом на основе полученных данных оптимальных полимерных композиций с наперед заданными требуемыми характеристиками представляет исключительную важность.' Именно этим в настоящий момент занято огромное количество ведущих научно-исследовательских центров всего мира, осуществляющих поиск новых материалов, разработку новых методик и технологий, которые бы позволили повысить эффективность реконструкции естественной и создания искусственной костной ткани.
Цель исследования
Оценить свойства нового отечественного биокомпозитного материала - сверхвысокомолекулярный полиэтилен-гидроксиапатит -путем лабораторных и экспериментальных исследований и определить возможность и перспективность его применения в челюстно-лицевой хирургии.
Задачи:
-
Оценить механические и структурные свойства гидроксиапатит содержащего сверхвысокомолекулярного полиэтилена в зависимости от содержания в нем минерального наполнителя.
-
Определить характер образования связей между минералом и полимером в модификациях композита сверхвысокомолекулярный полиэтилен-гидроксиапатит.
-
Определить в эксперименте остеоинтегративные свойства композиции сверхвысокомолекулярный полиэтилен-гидроксиапатит.
-
В эксперименте с применением гистоморфологических методов исследования оценить клеточные реакции и биосовместимость композита сверхвысокомолекулярный полиэтилен-гидроксиапатит.
-
Изучить в эксперименте реакцию мягких тканей на введение исследуемых биоматериалов.
-
Оценить перспективность использования в клинической практике имплантатов из биосовместимого композиционного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена при замещении дефектов в челюстно-лицевой области.
Научная новизна
В результате лабораторных исследований впервые установлено, что модификация композиции СВМПЭ/ГАП путем введения в состав полиакриловой кислоты и винилтриэтоксисилана приводит к увеличению физико-механических свойств, таких как модуль упругости, прочность на изгиб, твердость. Впервые изучено влияние кипячения на состав модифицированной композиции СВМПЭ/ГАП, в течение которой активно протекают поликонденсационные процессы, приводящие к образованию поперечных связей в материале. Впервые разработана специальная методика измерений краевого угла смачивания в динамических условиях (кинетических), в зависимости от продолжительности пребывания капли воды на поверхности образца - временное смачивание. Она позволила показать эффект всасывания воды в микропоры образцов, наполненных ГАП, и выявить некоторые особенности строения поверхности. Установление этого эффекта позволяет направленно регулировать смачивание в зависимости от состава композиции.
В работе впервые изучены свойства композиционного биостабильного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, физико-механические и остеоинтегративные свойства которого позволяют рекомендовать данный биокомпозиционный материал для клинической апробации в практике хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.
Практическая ценность
Апробированные в работе методика оценки и полученные результаты морфологических, физико-механических исследований и данные анализа композиционного состава биостабильного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена являются базовыми при разработке технических условий для совершенствования применяемых в клинической практике материалов и при разработке новых полифункциональных материалов имплантатов.
Апробация работы и публикации
Работа выполнена на кафедре госпитальной хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии и кафедре
патологической физиологии стоматологического факультета
Московского государственного медико-стоматологического
университета им. Н.А.Семашко. Диссертация апробирована 1 ноября
2001 г. на совместном заседании кафедр госпитальной хирургической
стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, хирургической
стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ФПКС, патологической
физиологии стоматологического факультета Московского
государственного медико-стоматологического университета,
лаборатории химии полимеров ИНЭОС им. Несмеянова РАН. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.
Объем и структура диссертации
