Intramembranous ossification in alveolar ridge defect repair using noninductive biomaterials: experimental study

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Limited understanding of direct bone formation during repair of alveolar ridge defects—compared with extensively studied endochondral ossification—leads to varied interpretations of treatment outcomes and efficacy assessments in dentistry and maxillofacial surgery.

AIM: This study aimed to investigate early repair of critical-sized alveolar bone defects via intramembranous ossification using noninductive biomaterials.

METHODS: This segment of the study was conducted at the Central Research Laboratory of Kuban State Medical University utilizing three sexually mature healthy minipigs. Animal care adhered to bioethical standards. Critical-sized bone defects were filled with acellular dermal matrix and naturally derived osteoconductive granules. Animals were euthanized on day 120. Morphologic assessment of decalcified specimens was performed with hematoxylin and eosin, van Gieson’s picrofuchsin, and Masson’s trichrome (BioVitrum, Russia). Randomization was not applied.

RESULTS: Defect repair was mediated by de novo vascularization via initiation of local hematopoiesis. Sinusoidal capillaries formed in the venous network of the regional vascular bed, with emerging hematopoietic cells migrating through discontinuous endothelium. Immature precursor cells proliferated and differentiated predominantly into segmental granulocytes, which participated in dynamic intercellular and cell–matrix interactions, forming transient intermediate cell types. These processes led to the development of a reticular connective tissue—niche resembling bone marrow structures—with new osteoid and reticulofibrotic trabeculae. Noninductive matrix and granular biomaterials demonstrated an effect on vasculogenesis.

CONCLUSION: These results reveal a direct relationship between the induction of hematopoiesis in sinusoidal capillaries within alveolar defects and intramedullary osteogenesis. Granulocytes play a pivotal role in normal healing and reparative dysregulation in the presence of nonresorbed osteoconductive granules.

About the authors

Marina D. Perova

Kuban State Medical University; LLC “Stomatological Сenter ‘Intelligent’”

Email: mperova2013@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6974-6407
SPIN-code: 5552-7988

MD, Dr. Sci. (Medicine), Associate Professor; Scientific & Clinical Base of Kuban State Medical University

Russian Federation, Krasnodar; Krasnodar

Artem Yu. Ananich

Kuban State Medical University

Email: ananicha.ksma@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5166-2894
SPIN-code: 7324-7491
Russian Federation, 4 Mitrofan Sedin st, Krasnodar, 350063

Aleksandr A. Verevkin

Kuban State Medical University

Email: vilehand@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-4159-2618
SPIN-code: 8264-4990

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 4 Mitrofan Sedin st, Krasnodar, 350063

Igor A. Sevostyanov

LLC “Stomatological Сenter ‘Intelligent’”

Email: drsevostyanovia@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8472-7279
SPIN-code: 9174-3102

MD, Cand. Sci. (Medicine); Scientific & Clinical Base of Kuban State Medical University

Russian Federation, Krasnodar

Karina I. Melkonian

Kuban State Medical University

Email: kimelkonian@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2451-6813
SPIN-code: 2461-8365
Russian Federation, 4 Mitrofan Sedin st, Krasnodar, 350063

Inna D. Samoxvalova

Kuban State Medical University; LLC “Stomatological Сenter ‘Intelligent’”

Author for correspondence.
Email: samoxvalovai@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0360-8882
SPIN-code: 9091-1041

Scientific & Clinical Base of Kuban State Medical University

Russian Federation, Krasnodar; Krasnodar

Iyad Alayoub

Kuban State Medical University

Email: iyadalayoub@yahoo.com
ORCID iD: 0009-0007-3888-8024
Russian Federation, 4 Mitrofan Sedin st, Krasnodar, 350063

References

  1. Ananich AYu, Perova MD, Sevostyanov IA, Gilevich IV. Current possibilities and prospects of alveolar bone defect replacement and covering tissues: narrative literature review. Russian Journal of Dentistry. 2024;28(3):271–285. doi: https://doi.org/10.17816/dent623472 EDN: RSMDNU
  2. Bozo IYa. Development and application of gene-activated osteoplastic material for replacing bone defects [dissertation]. Moscow: FGBOU VO MGMSU named after A.I. Evdokimov; 2017. (In Russ.) EDN: ATXBQA
  3. Soldatov IK, Juravleva LN, Tegza NV, et al. Scientometric analysis of dissertation papers on pediatric dentistry in Russia. Russian Journal of Dentistry. 2023;27(6):571–580. doi: 10.17816/dent624942 EDN: QINWXB
  4. Presnyakov EV, Kurbonov KhR, Sorochanu IP, et al. Regenerative osteogenesis at the interface of tissue-osteoplastic material. Morphology. 2023;161(4):33–42. doi: 10.17816/morph.629963 EDN: FKRNTE
  5. Zheng J, Zhao Z, Yang Y, et al. Biphasic mineralized collagen-based composite scaffold for cranial bone regeneration in developing sheep. Regen Biomater. 2022;9:rbac004. doi: 10.1093/rb/rbac004 EDN: MOVRGE
  6. Balin VV, Dvorianchikov VV, Zheleznyak VA, et al. Evaluation of the postoperative course in patients after removal of dystopic third molars. Russian Journal of Dentistry. doi: 10.17816/dent634561 EDN: UOXPET
  7. Saghiri MA, Asatourian A, Garcia-Godoy F, Sheibani N. The role of angiogenesis in implant dentistry part II: The effect of bone-grafting and barrier membrane materials on angiogenesis. Med Oral Patol Oral Cir Bucal. 2016;21(4):e526–37. doi: 10.4317/medoral.21200
  8. Volotovski A, Studenikina T. Development and growth of the skull in pre- and early postnatal periods of ontogenesis. Military Medicine. 2022;(1):66–73. doi: 10.51922/2074-5044.2022.1.66 EDN: PURIRI
  9. Rugal VI, Semenova NYu, Bessmeltsev SS. Formation of stromal microenvironment and formation of hematopoiesis in fetal spongy bone. The Bulletin of hematology. 2019;15(4):14–18. EDN: DJBFNM
  10. Kamilov FK, Farshatova ER, Enikeev DA. Cellular and molecular mechanisms remodelling of bone tissue and regulation. Fundamental’nye issledovaniya. 2014;(7-4):836–842. EDN: SMJYND
  11. Marks SC, Odgren PR. Structure and development of the skeleton. In: Principles of bone biology (second edition). San Diego: Academic Press; 2002. Р. 3–16. doi: 10.1016/B978-012098652-1.50103-7
  12. Bixel MG, Sivaraj KK, Timmen M, et al. Angiogenesis is uncoupled from osteogenesis during calvarial bone regeneration. Nat Commun. 2024;15(1):4575. doi: 10.1038/s41467-024-48579-5 EDN: MICBPN
  13. Battafarano G, Rossi M, De Martino V, et al. Strategies for bone regeneration: from graft to tissue engineering. Int J Mol Sci. 2021;22(3):1128. doi: 10.3390/ijms22031128 EDN: VOMMWO
  14. Volkov AV. Morphology of reparative osteogenesis and osseointegration in maxillofacial surgery [dissertation abstract]. Moscow; 2019. (In Russ.) Available from: http://dissovet.rudn.ru/web-local/prep/rj/index.php?id=7&mod=dis&dis_id=2396
  15. Aghazadeh AR, Hasanov IA, Aghazadeh RR. Histomorpho-metric and quantitative histochemical analysis of periimplantation zone in patients with different bone mineral density within dental implantation. Annals of The Russian Academy of Medical Sciences. 2014;69(3-4):19–23. doi: 10.15690/vramn.v69i3-4.990 EDN: SBTUAV
  16. Minaeva SA, Vasilyev AV, Bukharova TB, et al. Application of Raman scattering spectroscopy for study of the mineralization of bone regenerates. Clinical and Experimental Morphology. 2012;(4):53–56. EDN: PMEWZB
  17. Bykov VL. Cytology and general histology (functional morphology of human cells and tissues). Saint Petersburg: SOTIS; 1998. (In Russ.)
  18. Karaplis АС. Embryonic development of bone and regulation of intramembranous and endochondral bone formation. In: Principles of bone biology (third edition). 2008;1:53–84. doi: 10.1016/B978-0-12-373884-4.00025-2
  19. Percival CJ, Richtsmeier JT. Angiogenesis and intramembranous osteogenesis. Dev Dyn. 2013;242(8):909–922. doi: 10.1002/dvdy.23992
  20. Zhai Y, Zhou Z, Xing X, et al. Differential bone and vessel type formation at superior and dura periosteum during cranial bone defect repair. Bone Res. 2025;13(1):8. doi: 10.1038/s41413-024-00379-9 EDN: CHVMDS
  21. Vasilyev AV, Volkov AV, Bolshakova GB, Goldstein DV. Characteristics of neoosteogenesis in the model of critical defect of rats’ parietal bone using traditional and three-dimensional morphometry. Genes & Cells. 2014;9(4):121–127. doi: 10.23868/gc120414 EDN: YRWLHX
  22. Gosain AK, Santoro TD, Song LS, et al. Osteogenesis in calvarial defects: contribution of the dura, the pericranium, and the surrounding bone in adult versus infant animals. Plast Reconstr Surg. 2003;112(2):515–527. doi: 10.1097/01.PRS.0000070728.56716.51
  23. McKee MD, Buss DJ, Reznikov N. Mineral tessellation in bone and the stenciling principle for extracellular matrix mineralization. J Struct Biol. 2022;214(1):107823. doi: 10.1016/j.jsb.2021.107823 EDN: NPEZTM
  24. Wang S, Liu Y, Fang D, Shi S. The miniature pig: a useful large animal model for dental and orofacial research. Oral Dis. 2007;13(6):530–537. doi: 10.1111/j.1601-0825.2006.01337.x
  25. Mesher EL. Histology according to Junqueiro. Bykov VL, editor. Moscow: GEOTAR-Media; 2022. (In Russ.) doi: 10.33029/9704-6981-1-BNT-2022-1-624 EDN: TNMECM
  26. Patent RUS No. 2717088 C1/ 18.03.2020. Byul. No. 8. Gilevich IV, Sotnichenko AS, Melkonyan KI, t al. Method of producing acellular dermal matrix. EDN: KFTWTZ
  27. Perova MD. Periodontal tissues: norm, pathology, ways of restoration. Moscow: Triada Ltd.; 2005. (In Russ.) EDN: QLKUNJ
  28. Omatsu Y. Cellular niches for hematopoietic stem cells in bone marrow under normal and malig-nant conditions. Inflamm Regen. 2023;43(1):15. doi: 10.1186/s41232-023-00267-5 EDN: HXWHII
  29. Dalli J, Montero-Melendez T, Norling LV, et al. Heterogeneity in neutrophil microparticles reveals distinct proteome and functional properties. Mol Cell Proteomics. 2013;12(8):2205–2219. doi: 10.1074/mcp.M113.028589
  30. Nesterova IV, Kolesnikova NV, Chudilova GA, et al. The new look at neutrophilic granulocytes: rethinking old dogmas. Part 1. Russian Journal of Infection and Immunity. 2017;7(3):219–230. doi: 10.15789/2220-7619-2017-3-219-230 EDN: ZHTRMJ
  31. Perova MD, Shubich MG, Kozlov VA, Tropina AV. Evaluation of processed lipoaspirate cells autografting for the treatment of advanced periodontitis and features of granulation tissue growth. The Dental Institute. 2010;(2):62–64. EDN: MWCQXJ
  32. Perova MD, Shubich MG. Discovery of the neutrophil extracellular traps begins a new stage in the study of neutrophil morphogenesis and function. Morphology. 2011;139(3):89–96. EDN: MOHNLC
  33. Ivanov AN, Bugaeva IO, Kurtukova MO. Structural characteristics of human and other mammalian endothelial cells. Tsitologiya. 2016;58(9):657–665. EDN: WJLJDZ
  34. Balaji S, King A, Crombleholme TM, Keswani SG. The role of endothelial progenitor cells in postnatal vasculogenesis: implications for therapeutic neovascularization and wound healing. Adv Wound Care (New Rochelle). 2013;2(6):283–295. doi: 10.1089/wound.2012.0398
  35. Morrison SJ, Scadden DT. The bone marrow niche for haematopoietic stem cells. Nature. 2014;505(7483):327–334. doi: 10.1038/nature12984

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Morphological picture of the formation of alveolar defect tissues with acellular dermal matrix (AcDM) and barrier membrane

Download (6MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Morphological picture of tissue formation in an alveolar defect with acellular dermal matrix and granules of osteoconductive material

Download (8MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».