Morphological features of bone regenerate when using bone plastic material based on collagen hydrogel in an experiment

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: Bone plastic materials of various origins are used to restore or increase the volume of the bone tissue of the jaws. Collagen hydrogels of xenogenic origin are a relatively new form of materials used for bone grafting and are of interest for studying its osteoplastic properties.

AIM: To conduct a morphological evaluation of the osteoplastic properties of a material based on collagen hydrogel.

MATERIALS AND METHODS: An experimental study was conducted to evaluate the osteoplastic properties of collagen hydrogel on laboratory animals. A model of a critical defect in the cranial vault of rats was chosen. In the experimental group, the defect was filled with xenogenic bone matrix and collagen hydrogel. In the comparison group, the defect was filled with xenogenic bone matrix. Morphological evaluation of bone regeneration of samples from the experimental and comparison groups was performed at different study periods.

RESULTS: After the first month of observation, the histological picture of the samples of the experimental and comparison groups was not significantly different. After 2 months, an osseomucoid was formed, and an insignificant number of osteoblasts were observed in the experimental group, whereas in the comparison group, the stromal component was represented only by collagen fibers. After 3 months, the stromal component was formed, and single osteoblasts were observed in the comparison group, whereas the stromal component was partially replaced by a bone plate and osteoblasts, osteocytes, and osteoclasts were observed in the experimental group.

CONCLUSION: The addition of collagen hydrogels to the bone plastic material not only accelerates osteoreparation but also the formation of a regenerate having the correct histoarchitectonics. The use of collagen hydrogels as a component of bone plastic materials is promising and requires further study.

About the authors

Nikita D. Gnatyuk

Moscow Regional Research and Clinical Institute (“MONIKI”)

Author for correspondence.
Email: nikkitagnatiuk@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5756-4999
SPIN-code: 8391-4718
Russian Federation, Moscow

Galia R. Setdikova

Moscow Regional Research and Clinical Institute (“MONIKI”)

Email: g.setdikova@mknc.ru
ORCID iD: 0000-0002-5262-4953
SPIN-code: 6551-0854

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Moscow

Alexander М. Sipkin

Moscow Regional Research and Clinical Institute (“MONIKI”)

Email: aleksipkin@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-8287-741X
SPIN-code: 3603-1248

MD, Dr. Sci. (Medicine), Associate Professor

Moscow

Elizaveta R. Eremeeva

Moscow Regional Research and Clinical Institute (“MONIKI”)

Email: eremeevaelizaveta@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-0635-8743
SPIN-code: 5775-8648
Russian Federation, Moscow

References

  1. Moskvin GV, Grebnev GA, Chernyakov VV, et al. The use of bone plastic surgery techniques for jaw atrophy. The Dental Institute. 2018;(3):59–61. EDN: XZONML
  2. Urban IA, Monje A. Guided bone regeneration in alveolar bone reconstruction. Oral Maxillofac Surg Clin North Am. 2019;31(2):331–338. doi: 10.1016/j.coms.2019.01.003
  3. Zhao X, Zou L, Chen Y, Tang Z. Staged horizontal bone augmentation for dental implants in aesthetic zones: a prospective randomized controlled clinical trial comparing a half-columnar bone block harvested from the ramus versus a rectangular bone block from the symphysis. Int J Oral Maxillofac Surg. 2020;49(10):1326–1334. doi: 10.1016/j.ijom.2019.12.010
  4. Makeev AV, Topolnitsky OZ, Fedotov RN. The use of various types of autografts in bone grafting of the cleft of the alveolar process. RUDN Journal of Medicine. 2020;24(1):69–74. EDN: NNXWSC doi: 10.22363/2313-0245-2020-24-1-69-74
  5. Kharitonov ID, Moiseeva NS. Application of osteoplastic materials in alveolar bone destructive process in surgical dentistry. Molodezhnyj innovacionnyj vestnik. 2021;10(S1):431–436. EDN: GLWNAL
  6. Azarova OA, Azarova EA, Kharitonov DYu, et al. Modern aspects of the use of osteoplastic materials in surgical dentistry. Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Serija: Medicina. Farmacija. 2019;42(2):215–223. EDN: UGCUBW doi: 10.18413/2075-4728-2019-42-2-215-223
  7. Amantaev BA, Kobekov SS. Analysis and characteristic of bone-substitute materials used in surgical treatment of bone jaws defects. Vestnik Kazahskogo Nacional’nogo medicinskogo universiteta. 2019;(1):126–129. EDN: KFWIDM
  8. Bertran Faus A, Cordero Bayo J, Velasco-Ortega E, et al. Customized titanium mesh for guided bone regeneration with autologous bone and xenograft. Materials (Basel). 2022;15(18):6271. doi: 10.3390/ma15186271
  9. Efimov YuV, Stomatov DV, Efimova EYu, et al. Efficiency of using domestic osteoplastic material “Bio Oss” for filling intracross jaw defects. American Scientific Journal. 2020;(36-2):10–13. EDN: PIBOGJ
  10. Muzikin MI, Mishchuk DYu, Levin SA, Iordanishvili AK. Experience with the use of collagen materials in surgical dentistry. Russian Journal of Dentistry. 2020;24(4):233–239. EDN: LERRMF doi: 10.17816/1728-2802-2020-24-4-233-239
  11. Fatkhudinova NL, Vasiliev AV, Bukharova TB, et al. The prospects of collagen as a basis for curable and activated osteoplastic materials. Stomatology. 2018;97(6):78–83. EDN: GFDEPW doi: 10.17116/stomat20189706178
  12. Nigmatullin RT, Motygullin BR. Some morphological features of regeneration of the bones of the cranial vault using bone-plastic biomaterials (preliminary data). Prakticheskaja medicina. 2019;17(1):85–88. EDN: ZAQPJR doi: 10.32000/2072-1757-2019-1-85-88
  13. Susin C, Lee J, Fiorini T, et al. Screening of hydroxyapatite biomaterials for alveolar augmentation using a rat calvaria critical-size defect model: bone formation/maturation and biomaterials resolution. Biomolecules. 2022;12(11):1677. doi: 10.3390/biom12111677
  14. Walmsley GG, Ransom RC, Zielins ER, et al. Stem cells in bone regeneration. Stem Cell Rev Rep. 2016;12(5):524–529. doi: 10.1007/s12015-016-9665-5
  15. Dimitriou R, Tsiridis E, Giannoudis PV. Current concepts of molecular aspects of bone healing. Injury. 2005;36(12):1392–1404. doi: 10.1016/j.injury.2005.07.019
  16. Avila Rodríguez MI, Rodríguez Barroso LG, Sánchez ML. Collagen: a review on its sources and potential cosmetic applications. J Cosmet Dermatol. 2018;17(1):20–26. doi: 10.1111/jocd.12450
  17. Tsai KS, Kao SY, Wang CY, et al. Type I collagen promotes proliferation and osteogenesis of human mesenchymal stem cells via activation of ERK and Akt pathways. J Biomed Mater Res A. 2010;94(3):673–682. doi: 10.1002/jbm.a.32693
  18. Lebbink RJ, de Ruiter T, Adelmeijer J, et al. Collagens are functional, high affinity ligands for the inhibitory immune receptor LAIR-1. J Exp Med. 2006;203(6):1419–1425. doi: 10.1084/jem.20052554
  19. Li Y, Liu Y, Li R, et al. Collagen-based biomaterials for bone tissue engineering. Materials & Design. 2021;210:110049. doi: 10.1016/j.matdes.2021.110049
  20. Veremeev AV, Bolgarin RN, Nesterenko VG, Andreev-Andrievsky AA. Application of xenogeneic native bone collagen for bone repair in critical-sized rat calvarial defect model. Fundamental and Clinical Medicine. 2020;5(2):8–21. EDN: HNQAUN doi: 10.23946/2500-0764-2020-5-2-8-21
  21. Dolgalev AA, Yuldashev DA, Ivashkevich SG, et al. Comparative characteristics of the use of bone-substituting materials on a mineral basis and on the basis of collagen. Medical Alphabet. 2020;(23):45–47. EDN: MQAQAM doi: 10.33667/2078-5631-2020-23-45-47
  22. Vasiliev AV, Kuznetsova VS, Galitsyna EV, et al. Biocompatibility and osteogenic properties of collagen-fibronectin hydrogel impregnated with BMP-2. Stomatology. 2019;98(6-2):5–11. EDN: LPHDBA doi: 10.17116/stomat2019980625

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Microscopic examination in the comparison group after 2 months: а — collagenization of the stroma; hematoxylin and eosin; ×100; b — positive reaction during Masson coloring; ×100.

Download (255KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Microscopic examination in the experimental group after 2 months: а — osseomucoid and its partial mineralization; hematoxylin and eosin; ×100; b — heterogeneous expression during Masson coloring; ×100.

Download (187KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Microscopic examination in the comparison group after 3 months: а — the appearance of calcified areas; hematoxylin and eosin; ×100; b — absence of osteocytes; hematoxylin and eosin; ×100.

Download (251KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Morphologic changes in the experimental group after 3 months: а — active osteoblasts; hematoxylin and eosin; ×400; b — mineralization of osseomucoid; hematoxylin and eosin; x200.

Download (258KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 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».