Влияние керамического материала на основе цирконата лантана на динамику гематологических показателей и маркеров ремоделирования костной ткани: экспериментальное исследование

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность. Керамические материалы на основе оксида циркония активно используются в медицине, однако постоянно ведутся исследования, направленные на улучшение их механических характеристик и биоинтеграции. Изучение материалов на основе цирконата лантана (ЦЛ) является одним из перспективных направлений.

Цель исследования — изучить влияние нового керамического материала на основе цирконата лантана на динамику гематологических показателей и маркеров ремоделирования костной ткани при интрамедуллярном остеосинтезе (ИО) перелома бедра стержнем из ЦЛ в эксперименте.

Материал и методы. Использовали керамический материал La1.95Ca0.05Zr2O7. Эксперимент проведен на морских свинках, которые были разделены на 4 группы: основная группа — моделирование перелома бедренной кости, ИО перелома стержнем из ЦЛ (n = 9); группа сравнения — моделирование перелома бедра, ИО перелома стержнем из β-трикальцийфосфата (ТКФ) (n = 9); контрольная группа (К) — моделирование перелома бедренной кости без выполнения остеосинтеза (n = 9), нативный контроль (НК). Животные выводились из эксперимента до операции (НК), через 4, 10 и 25 нед. после операции (по три животных на каждую временную точку). Определяли гематологические показатели, маркер остеорезорбции — тартрат-резистентную кислую фосфатазу (ТРКФ), маркер остеогенеза — остеокальцин (ОК).

Результаты. Количество эритроцитов во всех группах прооперированных животных через 4, 10 и 25 нед. после хирургического вмешательства не имело существенных отличий от группы НК. Значительно более высокий по сравнению с другими группами уровень лейкоцитов отмечался в контрольной группе спустя 10 нед. после операции (p = 0,044), что объясняется отсутствием синтеза перелома. Уровень тромбоцитов во всех группах животных в течение срока наблюдения не имел существенных отличий от группы НК. Активность ТРКФ в группах ЦЛ и ТКФ имела максимальные значения через 4 нед., уровень ОК достигал максимума к 10-й нед. после операции без существенных различий между группами животных с выполненным ИО перелома стержнями из ЦЛ и ТКФ.

Заключение. При определении динамики основных гематологических показателей не выявлено отрицательного влияния ЦЛ на организм экспериментальных животных, обнаружено положительное влияние данного материала на процесс ремоделирования костной ткани. Новый керамический материал на основе цирконата лантана представляется перспективным для использования в травматологии и ортопедии, что может служить основанием для проведения дальнейших исследований.

Об авторах

Ирина Петровна Антропова

ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России; ФГБУН «Институт высокотемпературной электрохимии» Уральского отделения РАН

Email: aip.hemolab@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9957-2505

д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией

Россия, 620028, Екатеринбург, ул. Репина, 3; Екатеринбург

Елена Александровна Волокитина

ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: volokitina_elena@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-5994-8558

профессор, д.м.н., зав. кафедрой травматологии и ортопедии

Россия, 620028, Екатеринбург, ул. Репина, 3

Мария Юрьевна Удинцева

ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: izmodenova96@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5500-4012

аспирант кафедры

Россия, 620028, Екатеринбург, ул. Репина, 3

Борис Германович Юшков

ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России; ФГБУН «Институт иммунологии и физиологии» Уральского отделения РАН

Email: b.yushkov@iip.uran.ru
ORCID iD: 0000-0001-8780-9889

д-р мед. наук, профессор, заведующий лабораторией, профессор кафедры

Россия, 620028, Екатеринбург, ул. Репина, 3; Екатеринбург

Наталия Валерьевна Тюменцева

ФГБУН «Институт иммунологии и физиологии» Уральского отделения РАН

Email: tumen80@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2949-6607

канд. биол. наук, старший научный сотрудник

Россия, Екатеринбург

Сергей Михайлович Кутепов

ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: usma@usma.ru
ORCID iD: 0000-0002-3069-8150

д-р мед. наук, чл.-кор. РАН, профессор

Россия, 620028, Екатеринбург, ул. Репина, 3

Список литературы

  1. Karalashvili L., Kakabadze A., Uhryn M., Vyshnevska H., Ediberidze K., Kakabadze Z. Bone grafts for reconstruction of bone defects (review). Georgian Med News. 2018;(282):44-49.
  2. Шумилова А.А., Шишацкая Е.И. Материалы для восстановления костной ткани. Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2014;7(2): 209-221. Shumilova A.A., Shishatskaya E.I. [Materials for bone regeneration]. Zhurnal Sibirskogo federal’nogo universiteta. Biologiya [Journal of the Siberian Federal University. Biology]. 2014;7(2):209-221. (In Russian).
  3. Tanaka T., Komaki H., Chazono M., Kitasato S., Kakuta A., Akiyama S. et al. Basic research and clinical application of beta-tricalcium phosphate (β-TCP). Morphologie. 2017;101(334):164-172. doi: 10.1016/j.morpho.2017.03.002.
  4. Afzal A. Implantable zirconia bioceramics for bone repair and replacement: A chronological review. Materials Express. 2014;4(1):1-12. doi: 10.1166/mex.2014.1148. Available from: https://www.researchgate.net/publication/268823433_Implantable_zirconia_bioceramics_for_bone_repair_and_replacement_A_chronological_review.
  5. Измоденова М.Ю., Гилев М.В., Ананьев М.В., Зайцев Д.В., Антропова И.П., Фарленков А.С. и др. Характеристика костной ткани при имплантации керамического материала на основе цирконата лантана в эксперименте. Травматология и ортопедия России. 2020;26(3):130-140. doi: 10.21823/2311-2905-2020-26-3-130-140. Izmodenova M.Yu., Gilev M.V., Ananyev M.V., Zaytsev D.V., Antropova I.P., Farlenkov A.S. et al. [Bone Tissue Properties after Lanthanum Zirconate Ceramics Implantation: Experimental Study]. Travmatologiya i ortopediya Rossii [Traumatology and Orthopedics of Russia]. 2020;26(3):130-140. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2020-26-3-130-140.
  6. Bhowmick A., Pramanik N., Jana P., Mitra T., Gnanamani A., Das M. et al. Development of bone-like zirconium oxide nanoceramic modified chitosan based porous nanocomposites for biomedical application. Int J Biol Macromol. 2017;95:348-356. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2016.11.052.
  7. Chen Y., Roohani-Esfahani S.I., Lu Z., Zreiqat H., Dunstan C.R. Zirconium Ions Up-Regulate the BMP/SMAD Signaling Pathway and Promote the Proliferation and Differentiation of Human Osteoblasts. Plos One. 2015;10(1):e0113426. doi: 10.1371/journal.pone.0113426.
  8. Willbold E., Gu X., Albert D., Kalla K., Bobe K., Brauneis M. et al. Effect of the addition of low rare earth elements (lanthanum, neodymium, cerium) on the biodegradation and biocompatibility of magnesium. Acta Biomater. 2015;11:554-562. doi: 10.1016/j.actbio.2014.09.041.
  9. Jiang C., Shang J., Li Z., Qin A., Ouyang Z., Qu X. et al. Lanthanum chloride attenuates osteoclast formation and function via the downregulation of rankl-induced Nf-κb and nfatc1 activities. J Cell Physiol. 2016;231(1):142-151. doi: 10.1002/jcp.25065.
  10. Jung G.Y., Park Y.J., Han J.S. Effects of HA released calcium ion on osteoblast differentiation. J Mater Sci Mater Med. 2010;21(5):1649-1654. doi: 10.1007/s10856-010-4011-y.
  11. Saruta J., Ozawa R., Okubo T., Taleghani S.R., Ishijima M., Kitajima H. et al. Biomimetic Zirconia with Cactus-Inspired Meso-Scale Spikes and Nano-Trabeculae for Enhanced Bone Integration. Int J Mol Sci. 2021;22(15):7969. doi: 10.3390/ijms22157969.
  12. Zhu Y., Liu K., Deng J., Ye J., Ai F., Ouyang H. et al. 3D printed zirconia ceramic hip joint with precise structure and broad-spectrum antibacterial properties. Int J Nanomedicine. 2019;14:5977-5987. doi: 10.2147/IJN.S202457.
  13. Gremillard L., Chevalier J., Martin L., Douillard T., Begand S., Hans K. et al. Sub-surface assessment of hydrothermal ageing in zirconia-containing femoralheads for hip joint applications. Acta Biomater. 2018;68:286-295. doi: 10.1016/j.actbio.2017.12.021.
  14. Gilev M.V., Bazarny V.V., Volokitina E.A., Polushina L.G., Maksimova A.Yu., Kazakova Ya.E. [Laboratory monitoring of bone tissue remodeling augmentation of impression intraarticular fracture with different types of bone graft]. Bull Exp Biol Med. 2019; 167(5):681-684. doi: 10.1007/s10517-019-04598-7.
  15. Гурин А.Н., Комлев В.С., Фадеева И.В., Петракова Н.В., Варда Н.С. Сравнительное исследование замещения дефектов костной ткани остеопластическими материалами на основе α- и β-трикальцийфосфата. Стоматология. 2012;91(6):16-21. Gurin A.N., Komlev V.S., Fadeeva I.V., Petrakova N.V., Varda N.S. [A comparative study of bone regeneration potency of alfa and beta-tricalcium phosphate bone substitute materials]. Stomatologiya [Dentistry]. 2012;91(6):16-21 (In Russian).
  16. Gagala J. Minimum 10 years clinical and radiological outcomes of acetabular revisions of total hip arthroplasties with tricalcium phosphate/hydroxyapatite bone graft substitute. BMC Musculoskelet Disord. 2021;22(1):835. doi: 10.1186/s12891-021-04694-8.
  17. Wong C.C., Yeh Y.Y., Chen C.H., Manga Y.B., Jheng P.R., Lu C.X. et al. Effectiveness of treating segmental bone defects with a synergistic co-delivery approach with platelet-rich fibrin and tricalcium phosphate. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;129:112364. doi: 10.1016/j.msec.2021.112364.
  18. Побел Е.А., Бенгус Л.М., Дедух Н.В. Маркёры костного метаболизма при сращении переломов длинных костей. Остеопороз и остеопатии. 2012;2:25-32. Pobel E.A., Bengus L.M., Dedukh N.V. [Markers of bone metabolism in long bone’s adhesion. Osteoporoz i osteopatii [Osteoporosis and osteopathy]. 2012;2:25-32. (In Russian).
  19. Saveleva M.S., Ivanov A.N., Chibrikova J.A., Abalymov A.A., Surmeneva M.A., Surmenev R.A. et al. Osteogenic capability of vaterite-coated nonwoven polycaprolactone scaffolds for in vivo bone tissue regeneration. Macromol Biosci. 2021;21(12):e2100266. doi: 10.1002/mabi.202100266.
  20. Hansen R.L., Langdahl B.L., Jørgensen P.H., Petersen K.K., Søballe K., Stilling M. Changes in periprosthetic bone mineral density and bone turnover markers after osseointegrated implant surgery: A cohort study of 20 transfemoral amputees with 30-month follow-up. Prosthet Orthot Int. 2019;43(5):508-518. doi: 10.1177/0309364619866599.
  21. Janckila A.J., Takahashi K., Sun S.Z., Yam L.T. Tartrate-resistant acid phosphatase isoform 5b as serum marker for osteoclastic activity. Clin Chem. 2001;47(1):74-80.
  22. Laowalert S., Khotavivattana T., Wattanachanya L., Luangjarmekorn P., Udomkarnjananun S., Katavetin P. et al. Bone turnover markers predict type of bone histomorphometry and bone mineral density in Asian chronic haemodialysis patients. Nephrology (Carlton). 2020;25(2):163-171. doi: 10.1111/nep.13593.
  23. Bailey S., Karsenty G., Gundberg C., Vashishth D. Osteocalcin and osteopontin influence bone morphology and mechanical properties. Ann N Y Acad Sci. 2017;1409(1):79-84. doi: 10.1111/nyas.13470.
  24. Komori T. Functions of osteocalcin in bone, pancreas, testis, and muscle. Int J Mol Sci. 2020;21(20):7513. doi: 10.3390/ijms21207513.
  25. Kumar M., Shelke D., Shah S. Prognostic potential of markers of bone turnover in delayed-healing tibial diaphyseal fractures. Eur J Trauma Emerg Surg. 2019;45(1):31-38. doi: 10.1007/s00068-017-0879-2.
  26. Cox G., Einhorn T.A., Tzioupis C., Giannoudis P.V. Bone-turnover markers in fracture healing. J Bone Joint Surg Br. 2010;92(3):329-334. doi: 10.1302/0301-620X.92B3.22787.
  27. Ingle B.M., Hay S.M., Bottjer H.M., Eastell R. Changes in bone mass and bone turnover following distal forearm fracture. Osteoporosis Int. 1999;10(5):399-407.
  28. Szulc P. Bone turnover: Biology and assessment tools. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2018;32(5):725-738. doi: 10.1016/j.beem.2018.05.003.
  29. Гилев М.В., Волокитина Е.А., Антропова И.П., Базарный В.В., Кутепов С.М. Маркеры костного ремоделирования при замещении дефекта трабекулярной костной ткани резорбируемыми и нерезорбируемыми остеопластическими материалами в эксперименте. Гений ортопедии. 2020;26(2):222-227. doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-2. Gilev M.V., Volokitina E.A., Antropova I.P., Bazarny V.V., Kutepov S.M. [Bone remodeling markers after experimental augmentation of trabecular bone defects with resorbable and non-resorbable osteoplastic materials in rabbits]. Genij Ortopedii. 2020;26(2):222-227. (In Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-2.
  30. Amiryaghoubi N., Fathi M., Pesyan N.N., Samiei M., Barar J., Omidi Y. Bioactive polymeric scaffolds for osteogenic repair and bone regenerative medicine. Med Res Rev. 2020; 40(5):1833-1870. doi: 10.1002/med.21672.
  31. Diemar S.S., Møllehave L.T., Quardon N., Lylloff L., Thuesen B.H., Linneberg A. et al. Effects of age and sex on osteocalcin and bone-specific alkaline phosphatase-reference intervals and confounders for two bone formation markers. Arch Osteoporos. 2020;15(1):26. doi: 10.1007/s11657-020-00715-6.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Антропова И.П., Волокитина Е.А., Удинцева М.Ю., Юшков Б.Г., Тюменцева Н.В., Кутепов С.М., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».