RU2758551C1 - Method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive bone graft material - Google Patents

Method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive bone graft material Download PDF

Info

Publication number
RU2758551C1
RU2758551C1 RU2021100597A RU2021100597A RU2758551C1 RU 2758551 C1 RU2758551 C1 RU 2758551C1 RU 2021100597 A RU2021100597 A RU 2021100597A RU 2021100597 A RU2021100597 A RU 2021100597A RU 2758551 C1 RU2758551 C1 RU 2758551C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
degassing
adsorption capacity
bone
gokm
granular
Prior art date
Application number
RU2021100597A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Валентинович Слесарев
Александр Владимирович Колсанов
Иван Михайлович Байриков
Дарья Вячеславовна Мальчикова
Владимир Игоревич Платонов
Андрей Константинович Иорданишвили
Максим Игоревич Музыкин
Ольга Витальевна Грибкова
Марина Валериевна Комарова
Вячеслав Алексеевич Купряхин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Медлайн Компани"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Медлайн Компани" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Медлайн Компани"
Priority to RU2021100597A priority Critical patent/RU2758551C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758551C1 publication Critical patent/RU2758551C1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C7/00Orthodontics, i.e. obtaining or maintaining the desired position of teeth, e.g. by straightening, evening, regulating, separating, or by correcting malocclusions
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to maxillofacial surgery, and discloses a method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive osteoplastic material (GOOM). The method is characterized by the fact that dust and air bubbles are removed from the GOOM by the degassing method, which includes the stages of passive and active degassing using physical and chemical methods, namely heating in a thermostat in physiological solution and sonication using a citric acid solution. Next, the difference between the initial liquid volume and the liquid volume after passive degassing is calculated, as well as the difference between the liquid volumes before and after active degassing, then the indicated values are summed up, the resulting sum calculated for 1 ml of GOOM is the adsorption capacity of granular osteoconductive material. The method is aimed at optimizing the reparative regeneration of bone tissue by the method for directed bone regeneration. The use of the method for directed bone regeneration to eliminate a bone defect implies the use of bone-grafting materials as a matrix for reconstruction with external-internal surfaces and spaces available for the adsorption of bone growth factors.
EFFECT: method allows, due to the proposed degassing method, increasing the adsorption capacity of the original GOOM, optimizing the biotransformation of the osteoplastic material placed in the recipient bed into native bone, which will optimize the treatment time, avoid postoperative complications and repeated surgical interventions.
1 cl, 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно челюстно-лицевой хирургии, и направлено на оптимизацию репаративной регенерации костной ткани методом направленной костной регенерации. Применение метода направленной костной регенерации для устранения костного дефекта подразумевает использование костнопластических материалов в качестве матрицы реконструкции с наружновнутренними поверхностями и пространствами, доступными для адсорбции факторов роста кости.The invention relates to the field of medicine, namely, maxillofacial surgery, and is aimed at optimizing the reparative regeneration of bone tissue by the method of directed bone regeneration. The use of the method of guided bone regeneration for the elimination of a bone defect implies the use of osteoplastic materials as a matrix for reconstruction with external-internal surfaces and spaces available for the adsorption of bone growth factors.

Необходимый и достаточный объем факторов роста кости (/далее ФРК), который может адсорбировать гранулированный остеокондуктивный костнопластический материал (далее ГОКМ), зависит от его адсорбционной емкости. Адсорбционная емкость гранулированного остеокондуктивного материала это показатель способности фракции костнопластического материала разместить на своих наружновнутренних поверхностях и пространствах максимально возможное количество ФРК. Адсорбционные свойства ГОКМ имеют ограничения, связанные с наличием воздуха и мелкодисперсной крошки в порах и каналах гранул фракции, приникающих в материал на этапах производственного цикла, что приводит к возникновению гидродинамических и механических препятствий для миграции ФРК и прорастания сосудов из реципиентного ложа внутрь гранул.The necessary and sufficient volume of bone growth factors (/ hereinafter PRK), which can adsorb granular osteoconductive osteoplastic material (hereinafter GOKM), depends on its adsorption capacity. The adsorption capacity of granular osteoconductive material is an indicator of the ability of a fraction of osteoplastic material to place the maximum possible amount of PRK on its outer-inner surfaces and spaces. The adsorption properties of GOKM have limitations associated with the presence of air and fine crumbs in the pores and channels of the fraction granules that penetrate into the material at the stages of the production cycle, which leads to the emergence of hydrodynamic and mechanical obstacles to the migration of PRK and the germination of vessels from the recipient bed into the granules.

Известна модель прогнозирования изменений субстанции сгустка крови под действием сдвигающих сил, подобных тем, которые имели бы место in vivo в условиях пространственной неоднородности кровяного сгустка и его окружения, влияющие на процесс его сокращения и фиксации на окружающем пассивном вязкоупругом материале носителе (Valerie Tutwiler, Hailong Wang, Rustem I. Litvinov, John W. Weisel, Vivek B. Shenoy. Interplay of Platelet Contractility and Elasticity of Fibrin/Erythrocytes in Blood Clot Retraction. Biophysical Journal. Article vollume 112, issue 4, P 714-723, February 28, 2017. DOI:https://doi.org/10.1016/j.bpj.2017.01.005). Представленная модель не позволяет:There is a known model for predicting changes in the substance of a blood clot under the action of shear forces, similar to those that would occur in vivo under conditions of spatial heterogeneity of a blood clot and its environment, affecting the process of its contraction and fixation on the surrounding passive viscoelastic material of the carrier (Valerie Tutwiler, Hailong Wang , Rustem I. Litvinov, John W. Weisel, Vivek B. Shenoy. Interplay of Platelet Contractility and Elasticity of Fibrin / Erythrocytes in Blood Clot Retraction. Biophysical Journal. Article vollume 112, issue 4, P 714-723, February 28, 2017 . DOI: https: //doi.org/10.1016/j.bpj.2017.01.005). The presented model does not allow:

1. определить влияние пор и каналов подлежащей матрицы субстрата-носителя на способность кровяного сгустка и других компонентов крови к продвижению внутрь носителя;1.determine the effect of the pores and channels of the underlying matrix of the carrier substrate on the ability of a blood clot and other blood components to move inside the carrier;

2. не определяется адсорбционная емкость подлежащего субстрата и ее влияние на способность материала к адсорбции достаточного объема факторов роста кости;2. the adsorption capacity of the underlying substrate and its influence on the material's ability to adsorb a sufficient volume of bone growth factors are not determined;

3. определить объем трансформируемой в сгусток крови, который может разместить на своих доступных поверхностях субстрат носитель, включая поверхности пор и каналов;3. to determine the volume of blood transformed into a clot, which can be placed on its accessible surfaces by the substrate, the carrier, including the surfaces of pores and channels;

4. не проводится удаление воздуха из пор и каналов при размещении сгустка крови на субстрате In vitro.4. the removal of air from pores and channels is not carried out when placing a blood clot on a substrate in vitro.

Известен способ оценки взаимосвязи между пористостью и размером пор биоматериалов, используемых для регенерации костей (Karageorgiou V., Kaplan D. Porosity of 3D biomaterial scaffolds and osteogenesis. Journal of Biomaterials.A known method for assessing the relationship between porosity and pore size of biomaterials used for bone regeneration (Karageorgiou V., Kaplan D. Porosity of 3D biomaterial scaffolds and osteogenesis. Journal of Biomaterials.

Published online 7 April 2005 in ScienceDirect(www.sciencedirect.com). DOI: 10.1016/j.biomaterials.2005.02.002). Авторы рассмотрели влияние этих морфологических особенностей на остеогенез in vitro и in vivo. Определили, что In vitro более низкая пористость стимулирует остеогенез, подавляя пролиферацию клеток и вызывая агрегацию клеток. Напротив, in vivo было продемонстрировано, что высокая пористость и размеры пор > 300 мкм способствуют прямому остеогенезу как за счет рекрутирования остеобластических клеток, которые стимулируются к миграции в каркас, так и из-за васкуляризации, которая способствует благоприятному образованию новой кости.Published online 7 April 2005 in ScienceDirect (www.sciencedirect.com). DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2005.02.002). The authors examined the influence of these morphological features on osteogenesis in vitro and in vivo. Determined that in vitro, lower porosity stimulates osteogenesis by suppressing cell proliferation and causing cell aggregation. In contrast, it has been demonstrated in vivo that high porosity and pore sizes> 300 μm promote direct osteogenesis both by recruiting osteoblastic cells, which are stimulated to migrate into the scaffold, and by vascularization, which promotes favorable new bone formation.

Ключевыми недостатками данного метода являются:The key disadvantages of this method are:

1. не проводится удаление гидродинамической заслонки, создаваемой воздушными пузырями в порах и каналах, препятствующей их заполнению элементами крови, прорастанию сосудов и остеогенного клеточного пула внутрь трансплантата;1.the hydrodynamic flap created by air bubbles in the pores and canals, which prevents their filling with blood elements, the germination of blood vessels and the osteogenic cell pool inside the graft, is not removed;

2. не учитывается отношение объем пор/общий объем внутренних пространств в гранулах костнопластических материалов, что не позволяет рассчитать доступную площадь для размещения факторов роста кости в трансплантате;2. the ratio of pore volume / total volume of internal spaces in the granules of osteoplastic materials is not taken into account, which does not allow calculating the available area for the placement of bone growth factors in the graft;

3. не рассчитывается адсорбционная емкость гранулированного костнопластического материала, что не позволяет определить приготовление достаточного объема факторов роста кости, для размещения на остекондуктивном носителе;3. the adsorption capacity of the granular osteoplastic material is not calculated, which does not allow determining the preparation of a sufficient volume of bone growth factors for placement on the osteoconductive carrier;

4. расчет объема массы культивируемых факторов роста без учета адсорбционной емкости остеокондуктивного носителя приводит к необоснованному повышению затрат материальных и человеческих ресурсов учреждения.4. Calculation of the mass volume of cultivated growth factors without taking into account the adsorption capacity of the osteoconductive carrier leads to an unreasonable increase in the costs of material and human resources of the institution.

В качестве прототипа взят известный способ определения влияния геометрии гидроксиапатита как клеточного субстрата на образование кости (Q М Jin 1, Н Takita, Т Kongo, K Atsumi, Н Itoh, Y Kuboki. Effects of geometry of hydroxyapatite as a cell substratum in BMP-induced ectopic bone formation. Journal of Biomedical materials research. 2000. Dec 15; 52(4):491-9). Авторы сравнивали три различных типа пористого гидроксиапатита с размером пор 100-200 мкм в диаметре с точки зрения их способности к индукции остеогенеза при подкожной имплантации рекомбинантного человеческого ВМР-2 крысам и экстракции через 1, 2, 3 и 4 недели. Выявили, что геометрия пор влияет на регенерацию кости: длинные каналы и взаимосвязанные сфероидальные поры способствуют колонизации клеток и прорастанию кости, в то время как изогнутые поры с плохими взаимосвязями на поверхности каркаса (например, поверхностные ямки) препятствуют проникновению клеток-предшественников остеобластов и капиллярной инфильтрации, что позволяет костеобразование только на поверхности каркаса.A well-known method for determining the influence of the geometry of hydroxyapatite as a cell substrate on bone formation was taken as a prototype (Q M Jin 1, H Takita, T Kongo, K Atsumi, H Itoh, Y Kuboki. Effects of geometry of hydroxyapatite as a cell substratum in BMP-induced ectopic bone formation. Journal of Biomedical materials research. 2000. Dec 15; 52 (4): 491-9). The authors compared three different types of porous hydroxyapatite with a pore size of 100-200 μm in diameter in terms of their ability to induce osteogenesis by subcutaneous implantation of recombinant human BMP-2 in rats and extraction after 1, 2, 3 and 4 weeks. Found that pore geometry affects bone regeneration: long canals and interconnected spheroidal pores promote cell colonization and bone growth, while curved, poorly interconnected pores on the scaffold surface (e.g. superficial pits) prevent osteoblast progenitor cell penetration and capillary infiltration , which allows bone formation only on the surface of the framework.

Недостатком известного способа является то, что не учитывается наличие гидродинамической заслонки, создаваемой воздушными пузырями в порах и каналах, препятствующей их заполнению элементами крови, прорастанию сосудов и остеогенного клеточного пула внутрь трансплантата; не учитывается отношение объем пор/общий объем внутренних пространств в гранулах костнопластических материалов, что не позволяет рассчитать доступную площадь для размещения факторов роста кости в трансплантате; невозможно рассчитать адсорбционную емкость гранулированного костнопластического материала, что не позволяет обеспечить приготовление достаточного объема факторов роста кости, для размещения на остекондуктивном носителе; расчет объема массы культивируемых факторов роста без учета адсорбционной емкости остеокондуктивного носителя приводит к необоснованному повышению затрат материальных и человеческих ресурсов учреждения.The disadvantage of this method is that it does not take into account the presence of a hydrodynamic valve created by air bubbles in the pores and channels, preventing their filling with blood elements, the germination of vessels and osteogenic cell pool inside the graft; the ratio of pore volume / total volume of internal spaces in granules of osteoplastic materials is not taken into account, which does not allow calculating the available area for placing bone growth factors in the graft; it is impossible to calculate the adsorption capacity of the granular osteoplastic material, which does not allow the preparation of a sufficient volume of bone growth factors for placement on the osteoconductive carrier; Calculation of the volume of the mass of cultivated growth factors without taking into account the adsorption capacity of the osteoconductive carrier leads to an unreasonable increase in the costs of material and human resources of the institution.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа определения адсорбционной емкости гранулированного остеокондуктивного костнопластического материала.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages and create a method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive bone-plastic material.

Суть способа заключается в выполнении последовательных действий, направленных на определение адсорбционной емкости гранулированного остеокондуктивного костнопластического материала путем определения доступной площади и объема наружновнутренних пространств трансплантата. Для этого ГОКМ подвергают пассивной и активной дегазации, определяют разницу объемов жидкости до и после каждого этапа дегазации, суммируют эти разницы и получают величину адсорбционной емкости гранулированного остеокондуктивного костнопластического материала.The essence of the method consists in performing sequential actions aimed at determining the adsorption capacity of granular osteoconductive osteoplastic material by determining the available area and volume of the external-internal spaces of the graft. To do this, the GOKM is subjected to passive and active degassing, the difference in liquid volumes before and after each degassing stage is determined, these differences are summed up, and the value of the adsorption capacity of granular osteoconductive osteoplastic material is obtained.

Суть способа показана на примере ГОКМ CeraBone.The essence of the method is shown on the example of the CeraBone GOKM.

Для корректного определения показателя адсорбционной емкости проводили удаление из его каналов и полостей воздушных пузырей и мелкодисперсной фракционной крошки, создающих механические препятствия для миграции и адсорбции на поверхности наружновнутренних пространств факторов роста кости. Мелкодисперсная пыль и воздушные пузыри осаждаются на наружновнутренние поверхности полостей и каналов гранул на этапах производства костнопластического материала. Следовательно, перед внесением костнопластического материала в реципиентное ложе необходимо осуществлять действия, направленные на определение его адсорбционной емкости.For the correct determination of the adsorption capacity index, air bubbles and fine fractional crumbs were removed from its channels and cavities, which create mechanical obstacles to migration and adsorption of bone growth factors on the surface of the outer-inner spaces. Fine dust and air bubbles are deposited on the outer-inner surfaces of the cavities and channels of the granules at the stages of bone-grafting material production. Therefore, before introducing the osteoplastic material into the recipient bed, it is necessary to carry out actions aimed at determining its adsorption capacity.

С этой целью предложено удалять из полостей и каналов ГОКМ CeraBone крупнодисперсную крошку, мелкодисперсную пыль и пузыри воздуха разработанным нами методом дегазации, который включает этапы пассивной и активной дегазации. Задача пассивной дегазации - освободить от крупнодисперсной крошки и воздуха наружные поверхности материала. Задача активной дегазации - освободить от мелкодисперсной пыли и остаточных газов внутренние поверхности каналов, пор и пустот материала.For this purpose, it was proposed to remove coarse crumbs, fine dust and air bubbles from the cavities and channels of the CeraBone GOKM using the degassing method developed by us, which includes the stages of passive and active degassing. The task of passive degassing is to free the outer surfaces of the material from coarse crumbs and air. The task of active degassing is to free the inner surfaces of channels, pores and voids of the material from fine dust and residual gases.

Пассивную дегазацию осуществляют в физиологическом растворе, так как его осмотическое давление (0,9%) соответствует осмотическому давлению плазмы крови. В термостате температуру физиологического раствора доводили до +37°С, что соответствовало температуре реципиентного ложа и снижало стресс, испытываемый клеточными элементами, расположенными в окружающих трансплантат тканях. В термостате в пробирку помещали ГОКМ и заливали его физиологическим раствором в соотношении 1:2 (на 1 см3 ГОКМ добавляли 2 мл физиологического раствора).Passive degassing is carried out in physiological solution, since its osmotic pressure (0.9%) corresponds to the osmotic pressure of blood plasma. In a thermostat, the temperature of the saline solution was brought to + 37 ° C, which corresponded to the temperature of the recipient bed and reduced the stress experienced by the cellular elements located in the tissues surrounding the graft. In a thermostat, HOCM was placed in a test tube and it was poured with physiological solution in a ratio of 1: 2 (2 ml of physiological solution was added to 1 cm 3 of HOCM).

Опытным путем установлено, что на стадии пассивной дегазации при погружении на 20 минут ГОКМ в физиологический раствор при +37°С из ГОМК происходит выделение пузырей газа и крупнодисперсной фракционной крошки. Через 20 минут после проведения пассивной стадии дегазации отделяли от материала физиологический раствор с помощью пипеточного дозатора и помещали его в эппендорф. Определено, что после пассивной дегазации объем извлеченной жидкости составил 1,62 мл. Разница между первоначальным объемом жидкости и после пассивной дегазации составила 0,38 мл (2 мл - 1,62 мл = 0,38 мл).It has been experimentally established that at the stage of passive degassing, when the GOKM is immersed for 20 minutes in a physiological solution at + 37 ° C, gas bubbles and coarse fractional crumbs are released from the GOK. In 20 minutes after the passive degassing stage, the physiological solution was separated from the material using a pipette dispenser and placed in an Eppendorf. It was determined that after passive degassing, the volume of the recovered liquid was 1.62 ml. The difference between the initial liquid volume and after passive degassing was 0.38 ml (2 ml - 1.62 ml = 0.38 ml).

воздушных пузырей в крупные с последующим их схлопыванием и выделением из каналов материала в раствор.air bubbles into large ones, followed by their collapse and release from the channels of the material into the solution.

По окончании стадии активной дегазации с помощью пипеточного дозатора вновь производили забор жидкости и помещали ее в эппендорф для определения ее остаточного объема, который составил 1,44 мл. Далее, приступают к стадии активной дегазации. Для этого фракцию материала заливают раствором лимонной кислоты (рН1) 1,62 мл. при +37°С на 10 минут. Затем, проводят активную дегазацию в ультразвуковой ванне УЗУ - 0,25 с частотой 18 кГц, мощностью 250 Вт и временем экспонирования 60 сек. Запуск ультразвуковых генераторов производят через 10 минут после нахождения ГОКМ в растворе лимонной кислоты. Возникал эффект кавитации, который инициировал гидроудары на наружновнутренних поверхностях гранул. Неровности этих поверхностей приводили к возникновению интерференции и дифракции волн, в результате чего происходило выделение газов и свободнолежащей мелкодисперсной пыли из гранул материала в омывающую жидкость. Происходил стабильный процесс удаления гидродинамических заслонок за счет объединения мелких остатков кислоты фракцию материала погружали в физиологический раствор при температуре +37 градусов С и озвучивали в ультразвуковой ванне УЗУ - 0,25 с частотой 18 кГц, мощностью 250 Вт и временем экспонирования 60 сек. Разница между объемами жидкости до и после активной дегазации составила 0,18 мл (1,62 мл - 1,44 мл = 0,18 мл). Суммировали результаты разницы объемов жидкости после двух стадий дегазации, сумма составила 0,56 мл (0,38 мл + 0,18 мл = 0,56 мл). Далее, приступали к расчету разницы между первоначальным объемом жидкости и окончательным после двух стадий дегазации. Таким образом, после проведения двух стадий дегазации произошло снижение объема жидкости на 0,56 мл (2,0 мл - 1,44 мл = 0,56 мл) и повышение его адсорбционной емкости на 0,56 мл. Следовательно, адсорбционная емкость гранулированного остеокондуктивного материала CeraBone составляет 0,56 мл.At the end of the stage of active degassing, using a pipette dispenser, we again took the liquid and placed it in the eppendorf to determine its residual volume, which was 1.44 ml. Next, proceed to the stage of active degassing. For this, a fraction of the material is poured with a citric acid solution (pH1) of 1.62 ml. at + 37 ° С for 10 minutes. Then, active degassing is carried out in an ultrasonic bath UZU - 0.25 with a frequency of 18 kHz, a power of 250 W and an exposure time of 60 sec. The ultrasonic generators are launched 10 minutes after the GOKM is in the citric acid solution. The effect of cavitation arose, which initiated water shocks on the outer-inner surfaces of the granules. The unevenness of these surfaces led to the appearance of interference and diffraction of waves, as a result of which gases and free-lying fine dust were released from the granules of the material into the washing liquid. A stable process of removing the hydrodynamic shutters took place due to the combination of small acid residues, the fraction of the material was immersed in a physiological solution at a temperature of +37 degrees C and sonicated in an ultrasonic bath UZU - 0.25 with a frequency of 18 kHz, a power of 250 W and an exposure time of 60 sec. The difference between the liquid volumes before and after active degassing was 0.18 ml (1.62 ml - 1.44 ml = 0.18 ml). The results of the difference in liquid volumes after two stages of degassing were summed up, the sum was 0.56 ml (0.38 ml + 0.18 ml = 0.56 ml). Next, we proceeded to calculate the difference between the initial volume of liquid and the final volume after two stages of degassing. Thus, after carrying out two stages of degassing, the volume of liquid decreased by 0.56 ml (2.0 ml - 1.44 ml = 0.56 ml) and its adsorption capacity increased by 0.56 ml. Therefore, the adsorption capacity of the CeraBone granular osteoconductive material is 0.56 ml.

Опытным путем выявлено, что по значению адсорбционной емкости можно определить адсорбируемый трансплантатом объем факторов роста кости, который материал способен разместить на своих поверхностях. Соответственно, в данном случае, для размещения на подготовленных предлагаемым способом наружновнутренних поверхностях и в свободных пространствах 1 мл гранулированного остеокондуктивного костнопластического материала CeraBone, достаточно приготовить 0,56 мл ФРК. Таким образом, определяя адсорбционную емкость ГОКМ получают значение адсорбционной емкости и увеличивают объем свободных пространств материала, доступных для адсорбции ФРК, и, в случае его использования в качестве носителя ФРК, выясняют, какой объем ФРК будет достаточно приготовить для размещения на носителе.It has been experimentally revealed that the value of the adsorption capacity can be used to determine the volume of bone growth factors adsorbed by the graft, which the material is able to place on its surfaces. Accordingly, in this case, to place 1 ml of granular osteoconductive osteoplastic material CeraBone on the external-internal surfaces prepared by the proposed method and in free spaces, it is enough to prepare 0.56 ml of PRK. Thus, by determining the adsorption capacity of GOCM, the value of the adsorption capacity is obtained and the volume of free spaces of the material available for adsorption of PRK is increased, and, if it is used as a PRK carrier, it is determined what volume of PRK will be sufficient to be prepared for placement on the carrier.

Аналогичным образом выяснена адсорбционная емкость для других костнопластических материалов: Maxresorb, BioOSS, Xenograft Collagen, Osteon II, данные для которых приведены в таблице №1.Similarly, the adsorption capacity for other osteoplastic materials was found out: Maxresorb, BioOSS, Xenograft Collagen, Osteon II, the data for which are given in Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Увеличенный таким образом объем наружновнутренних пространств ГОКМ, становится доступным для большей диффузии клеток, тканевой жидкости, плазмы крови и прорастания сосудов, благодаря вытеснению воздушных пузырей, крупнодисперсной крошки и мелкодисперсной пыли. Увеличенный таким образом внутренний объем трансплантата и, соответственно, очищенная площадь его поверхностей, увеличивают диффузию клеток, тканевой жидкости, плазмы крови и прорастание сосудов во внутрь гранул материала и позволяют добиться оппозиционного репаративного остеогенеза.The thus increased volume of the outer-inner spaces of the GOKM becomes available for greater diffusion of cells, tissue fluid, blood plasma and vascular germination, due to the displacement of air bubbles, coarse crumbs and fine dust. The increased internal volume of the graft and, accordingly, the purified area of its surfaces, increase the diffusion of cells, tissue fluid, blood plasma and vascular invasion into the granules of the material and make it possible to achieve oppositional reparative osteogenesis.

Способ определения адсорбционной емкости ГОКМ с помощью вышеописанной методики является новым по сравнению с описанными аналогами и прототипом, позволяет определить и повысить адсорбционную емкость ГОКМ и достигнуть нового результата: оптимизировать биотрансформацию, размещенного в реципиентном ложе костнопластического материала, в нативную кость, что позволит оптимизировать сроки лечения, избежать послеоперационных осложнений и повторных хирургических вмешательств.The method for determining the adsorption capacity of GOKM using the above technique is new in comparison with the described analogues and prototype, it allows to determine and increase the adsorption capacity of GOKM and to achieve a new result: to optimize the biotransformation of the osteoplastic material placed in the recipient bed into the native bone, which will optimize the treatment time , to avoid postoperative complications and repeated surgical interventions.

КЛИНИЧЕСКИЙ ПРИМЕРCLINICAL EXAMPLE

Для разработки способа провели исследование ГОКМ разных производителей с однотипными характеристиками, указанными производителем в инструкции использования (BioOSS, CeraBone, Maxresorb, Osteon II, Xenograft Collagen, и зарегистрированными в России для применения (таблица 1). Суть способа изложена на примере ГОКМ CeraBone. Технический результат способа достигается следующими условиями проведения действий. С целью планирования устранения сложного дефекта кости в программе для ЭВМ по 3D рентгенологическому изображению костей черепа определяются топография, дизайн, состав сегментов и объем сложного дефекта кости в аксиальной, фронтальной и сагиттальной плоскости, проектируются границы реставрации внешних контуров рельефа поверхности дефекта кости и прорисовывается заготовка профильного шаблона наружного рельефа реставрации. Затем проводят расчет объемов сегментов дефекта в границах планируемой реставрации и промер периметра лекала шаблона для изолирующей мембраны. Вестибулярную и аксиальную части лекала объединяют по нижней границе вестибулярной части альвеолярного отростка и получают общий контур раскроя лекала шаблона изолирующей мембраны.To develop the method, we conducted a study of GOKM from different manufacturers with the same type of characteristics specified by the manufacturer in the instructions for use (BioOSS, CeraBone, Maxresorb, Osteon II, Xenograft Collagen, and registered in Russia for use (Table 1). The essence of the method is described using the example of CeraBone GOKM. The result of the method is achieved by the following conditions for performing the actions: In order to plan the elimination of a complex bone defect in a computer program, the topography, design, composition of the segments and the volume of a complex bone defect in the axial, frontal and sagittal planes are determined by the 3D X-ray image of the skull bones, the boundaries of the restoration of the external contours are designed The surface relief of the bone defect is drawn and a blank of the profile template of the external relief of the restoration is drawn. The southern part of the pattern is combined along the lower border of the vestibular part of the alveolar process and a general contour for cutting the pattern of the insulating membrane template is obtained.

После расчета требуемого объема гранулированного остеокондуктивного костнопластического материала перед размещением на нем факторов роста кости осуществляли действия, направленные на определение его адсорбционной емкости, путем удаления из полостей и каналов ГОКМ CeraBone крупнодисперсной крошки, мелкодисперсной пыли и пузырей воздуха. На этапе пассивной дегазации - освобождали наружные поверхности ГОКМ от крупнодисперсной крошки и воздуха. На этапе активной дегазации - освобождали внутренние поверхности каналов, пор и пустот ГОКМ от мелкодисперсной пыли и остаточных газов.After calculating the required volume of granular osteoconductive osteoplastic material, before placing bone growth factors on it, actions were taken to determine its adsorption capacity by removing coarse crumbs, fine dust and air bubbles from the cavities and channels of the CeraBone GOKM. At the stage of passive degassing, the outer surfaces of the GOKM were freed from coarse crumbs and air. At the stage of active degassing, the inner surfaces of the channels, pores and voids of the GOKM were freed from fine dust and residual gases.

Пассивную дегазацию осуществляли в физиологическом растворе, так как его осмотическое давление (0,9%) соответствует осмотическому давлению плазмы крови. В термостате температуру физиологического раствора доводили до+37°С, что соответствовало температуре реципиентного ложа и снижало стресс, испытываемый клеточными элементами, расположенными в окружающих трансплантат тканях. В термостате в пробирку помещали ГОКМ и заливали его физиологическим раствором в соотношении 1:2 (на 1 см3 ГОКМ добавляли 2 мл физиологического раствора).Passive degassing was carried out in physiological solution, since its osmotic pressure (0.9%) corresponds to the osmotic pressure of blood plasma. In a thermostat, the temperature of the saline solution was brought to + 37 ° C, which corresponded to the temperature of the recipient bed and reduced the stress experienced by the cellular elements located in the tissues surrounding the graft. In a thermostat, HOCM was placed in a test tube and it was poured with physiological solution in a ratio of 1: 2 (2 ml of physiological solution was added to 1 cm 3 of HOCM).

Опытным путем установлено, что на стадии пассивной дегазации при погружении на 20 минут ГОКМ в физиологический раствор при +37°С из ГОМК происходит выделение пузырей газа и крупнодисперсной фракционной крошки. Через 20 минут после проведения пассивной стадии дегазации отделяли от материала физиологический раствор с помощью пипеточного дозатора и помещали его в эппендорф. Выявили, что после пассивной дегазации объем извлеченной жидкости составил 1,62 мл. Разница между первоначальным объемом жидкости и после пассивной дегазации составила 0,38 мл (2 мл - 1,62 мл = 0,38 мл).It has been experimentally established that at the stage of passive degassing, when the GOKM is immersed for 20 minutes in a physiological solution at + 37 ° C, gas bubbles and coarse fractional crumbs are released from the GOK. In 20 minutes after the passive degassing stage, the physiological solution was separated from the material using a pipette dispenser and placed in an Eppendorf. It was found that after passive degassing, the volume of the recovered liquid was 1.62 ml. The difference between the initial liquid volume and after passive degassing was 0.38 ml (2 ml - 1.62 ml = 0.38 ml).

Далее, приступали к стадии активной дегазации. Для этого фракцию материала заливали раствором лимонной кислоты (рН1) 1,62 мл. при +37°С на 10 минут. Затем, проводили активную дегазацию в ультразвуковой ванне УЗУ - 0,25 с частотой 18 кГц, мощностью 250 Вт и временем экспонирования 60 сек. Запуск ультразвуковых генераторов производили через 10 минут после нахождения ГОКМ в растворе лимонной кислоты. Возникал эффект кавитации, который инициировал гидроудары на наружновнутренних поверхностях гранул. Неровности этих поверхностей приводили к возникновению интерференции и дифракции волн, в результате чего происходило выделение газов и свободнолежащей мелкодисперсной пыли из гранул материала в омывающую жидкость. Происходил стабильный процесс объединения мелких воздушных пузырей в крупные с последующим их схлопыванием и выделением из каналов материала в раствор.Further, we proceeded to the stage of active degassing. For this, a fraction of the material was poured with a citric acid solution (pH1) of 1.62 ml. at + 37 ° С for 10 minutes. Then, active degassing was carried out in an ultrasonic bath UZU - 0.25 with a frequency of 18 kHz, a power of 250 W and an exposure time of 60 sec. The ultrasonic generators were launched 10 minutes after finding the GOKM in a citric acid solution. The effect of cavitation arose, which initiated water shocks on the outer-inner surfaces of the granules. The unevenness of these surfaces led to the appearance of interference and diffraction of waves, as a result of which gases and free-lying fine dust were released from the granules of the material into the washing liquid. There was a stable process of combining small air bubbles into large ones, followed by their collapse and release from the material channels into the solution.

По окончании стадии активной дегазации с помощью пипеточного дозатора вновь производили забор жидкости и помещали ее в эппендорф для определения ее остаточного объема, который составил 1,44 мл. Для удаления остатков кислоты фракцию материала погружали в физиологический раствор при температуре +37 градусов С и озвучивали в ультразвуковой ванне УЗУ - 0,25 с частотой 18 кГц, мощностью 250 Вт и временем экспонирования 60 сек. Разница между объемами жидкости до и после активной дегазации составила 0,18 мл (1,62 мл - 1,44 мл = 0,18 мл). Суммировали результаты разницы объемов жидкости после двух стадий дегазации, сумма составила 0,56 мл (0,38 мл + 0,18 мл = 0,56 мл). Далее, приступали к расчету разницы между первоначальным объемом жидкости и окончательным после двух стадий дегазации. Таким образом, после проведения двух стадий дегазации произошло снижение объема жидкости на 0,56 мл (2,0 мл - 1,44 мл = 0,56 мл) и повышение его адсорбционной емкости на 0,56 мл. Следовательно, адсорбционная емкость гранулированного остеокондуктивного материала CeraBone составляет 0,56 мл.At the end of the stage of active degassing, using a pipette dispenser, we again took the liquid and placed it in the eppendorf to determine its residual volume, which was 1.44 ml. To remove acid residues, a fraction of the material was immersed in physiological solution at a temperature of +37 degrees C and sonicated in an ultrasonic bath UZU - 0.25 with a frequency of 18 kHz, a power of 250 W and an exposure time of 60 sec. The difference between the liquid volumes before and after active degassing was 0.18 ml (1.62 ml - 1.44 ml = 0.18 ml). The results of the difference in liquid volumes after two stages of degassing were summed up, the sum was 0.56 ml (0.38 ml + 0.18 ml = 0.56 ml). Next, we proceeded to calculate the difference between the initial volume of liquid and the final volume after two stages of degassing. Thus, after carrying out two stages of degassing, the volume of the liquid decreased by 0.56 ml (2.0 ml - 1.44 ml = 0.56 ml) and its adsorption capacity increased by 0.56 ml. Therefore, the adsorption capacity of CeraBone granular osteoconductive material is 0.56 ml.

Опытным путем выявлено, что по значению адсорбционной емкости можно определить адсорбируемый трансплантатом объем факторов роста кости, который материал способен разместить на своих поверхностях. Соответственно, в данном случае, для размещения на подготовленных нашим способом наружновнутренних поверхностях и в свободных пространствах 1 мл гранулированного остеокондуктивного костнопластического материала CeraBone, достаточно приготовить 0,56 мл ФРК. Таким образом, определяя адсорбционную емкость ГОКМ получают значение адсорбционной емкости, доступной для адсорбции ФРК, и, в случае его использования в качестве носителя ФРК, выясняем какой объем ФРК будет достаточно приготовить для размещения на носителе.It has been experimentally revealed that the value of the adsorption capacity can be used to determine the volume of bone growth factors adsorbed by the graft, which the material is able to place on its surfaces. Accordingly, in this case, to place 1 ml of granular osteoconductive osteoplastic material CeraBone on the external-internal surfaces prepared by our method and in free spaces, it is enough to prepare 0.56 ml of PRK. Thus, by determining the adsorption capacity of GOCM, the value of the adsorption capacity available for the adsorption of PRK is obtained, and, if it is used as a PRK carrier, we find out what volume of PRK will be sufficient to prepare for placement on the carrier.

Изобретение позволяет точно определить адсорбционную емкость ГОКМ и требуемый объем ФРК.The invention makes it possible to accurately determine the adsorption capacity of the GOKM and the required volume of PRK.

Claims (1)

Способ определения адсорбционной емкости гранулированного остеокондуктивного костнопластического материала (ГОКМ), включающий удаление из его каналов и полостей воздушных пузырей и пыли, отличающийся тем, что пыль и пузыри воздуха удаляют методом дегазации, который включает этапы пассивной и активной дегазации, причем пассивную дегазацию осуществляют в физиологическом растворе, для чего в термостате температуру физиологического раствора доводят до +37°С, затем в термостате в пробирку помещают 1 мл гранул ГОКМ и заливают их физиологическим раствором в соотношении 1:2, то есть на 1 см3 ГОКМ добавляют 2 мл физиологического раствора, погружают на 20 минут ГОКМ в физиологический раствор при +37°С, затем отделяют от материала физиологический раствор с помощью пипеточного дозатора, помещают его в эппендорф и определяют разницу между первоначальным объемом жидкости и объемом жидкости после пассивной дегазации, далее приступают к стадии активной дегазации, для этого фракцию материала заливают раствором лимонной кислоты с рН1 при +37°С на 10 минут, затем помещают материал для ультразвуковой обработки в ультразвуковую ванну УЗУ-0,25 с частотой 18 кГц, мощностью 250 Вт и временем экспонирования 60 с, запуск ультразвуковых генераторов производят через 10 минут после нахождения ГОКМ в растворе лимонной кислоты, при этом происходит выделение газов и свободнолежащей мелкодисперсной пыли из гранул материала в омывающую жидкость, после этого измеряют разницу между объемами жидкости до и после активной дегазации, затем суммируют указанные разницы объемов жидкости после двух стадий дегазации, полученная сумма, рассчитанная для 1 мл ГОКМ, составляет адсорбционную емкость гранулированного остеокондуктивного материала.A method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive osteoplastic material (GOKM), including the removal of air bubbles and dust from its channels and cavities, characterized in that dust and air bubbles are removed by the degassing method, which includes the stages of passive and active degassing, and passive degassing is carried out in physiological solution, for which in the thermostat the temperature of the saline solution is brought to + 37 ° C, then 1 ml of the GOKM granules is placed in a test tube in the thermostat and filled with saline in a ratio of 1: 2, that is, 2 ml of saline is added to 1 cm 3 of the GOKM, immersed for 20 minutes GOKM in physiological solution at + 37 ° C, then separate the physiological solution from the material using a pipette dispenser, place it in an eppendorf and determine the difference between the initial volume of liquid and the volume of liquid after passive degassing, then proceed to the stage of active degassing, for this, a fraction of the material is poured citric acid solution with pH1 at + 37 ° C for 10 minutes, then place the material for ultrasonic treatment in an ultrasonic bath UZU-0.25 with a frequency of 18 kHz, a power of 250 W and an exposure time of 60 s, the ultrasonic generators are started 10 minutes after the presence of GOKM in a citric acid solution, while the release of gases and free-lying fine dust from the granules of the material into the washing liquid, then the difference between the volumes of the liquid before and after active degassing is measured, then the indicated differences in the volumes of the liquid after two stages of degassing are summed up, the resulting sum, calculated for 1 ml of GOKM, is the adsorption capacity of granular osteoconductive material.
RU2021100597A 2021-01-13 2021-01-13 Method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive bone graft material RU2758551C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100597A RU2758551C1 (en) 2021-01-13 2021-01-13 Method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive bone graft material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100597A RU2758551C1 (en) 2021-01-13 2021-01-13 Method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive bone graft material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758551C1 true RU2758551C1 (en) 2021-10-29

Family

ID=78466589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021100597A RU2758551C1 (en) 2021-01-13 2021-01-13 Method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive bone graft material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758551C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532385C2 (en) * 2008-12-19 2014-11-10 Индустри Биомедише Инсубри С/А Bone implant matrix and method for preparing it
RU2668536C1 (en) * 2017-11-20 2018-10-01 Публичное Акционерное Общество "Нижнекамскнефтехим" Method for determining the adsorption capacity of the adsorbent according to the carbonyl sulphide
RU2669926C2 (en) * 2014-01-10 2018-10-17 Мбп (Моришес) Лтд Method for manufacturing osteosynthesis devices, osteosynthesis devices and implants made of semi-synthetic hybrid material obtained by structural modification of components of a natural marine biomaterial

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532385C2 (en) * 2008-12-19 2014-11-10 Индустри Биомедише Инсубри С/А Bone implant matrix and method for preparing it
RU2669926C2 (en) * 2014-01-10 2018-10-17 Мбп (Моришес) Лтд Method for manufacturing osteosynthesis devices, osteosynthesis devices and implants made of semi-synthetic hybrid material obtained by structural modification of components of a natural marine biomaterial
RU2668536C1 (en) * 2017-11-20 2018-10-01 Публичное Акционерное Общество "Нижнекамскнефтехим" Method for determining the adsorption capacity of the adsorbent according to the carbonyl sulphide

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jin Q.М. et.al. Effects of geometry of hydroxyapatite as a cell substratum in BMP-induced ectopic bone formation. Journal of Biomedical materials research. 2000. Dec 15; 52(4):491-9. *
Определение адсорбционной активности энтеросорбентов / Общая фармакопейная статья от 29 октября 2015 г. ОФС.1.2.3.0021.15. *
Определение адсорбционной активности энтеросорбентов / Общая фармакопейная статья от 29 октября 2015 г. ОФС.1.2.3.0021.15. Jin Q.М. et.al. Effects of geometry of hydroxyapatite as a cell substratum in BMP-induced ectopic bone formation. Journal of Biomedical materials research. 2000. Dec 15; 52(4):491-9. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5086642B2 (en) Bioabsorbable plug implant and method for bone tissue regeneration
Wang et al. Biomimetic design strategy of complex porous structure based on 3D printing Ti-6Al-4V scaffolds for enhanced osseointegration
EP3785740B1 (en) Gradient mineralized bone extracellular matrix material and preparation method therefor
CN107185039B (en) Porous metal bone implant material and preparation method and application thereof
Guo et al. Implantation With New Three‐Dimensional Porous Titanium Web for Treatment of Parietal Bone Defect in Rabbit
CN104640577A (en) Hydrophilic phosphate group containing dehydrated partially purified bone replacement material
JP4893915B2 (en) Transplant material
RU2758551C1 (en) Method for determining the adsorption capacity of granular osteoconductive bone graft material
Xu et al. In Vitro and In Vivo Analysis of the Effects of 3D‐Printed Porous Titanium Alloy Scaffold Structure on Osteogenic Activity
CN114767342A (en) Preparation method of bone defect repair stent
RU2758570C1 (en) Method for degassing granular osteoconductive bone graft material
CN104548206A (en) Bone repair material
JP2015531270A (en) Hard scaffold
CN106075567A (en) A kind of gel biological pottery cartilage implant substituting reparation for cartilage and its preparation method and application
JP2014183896A (en) Semilunar plate regeneration backing material
JP2020523165A (en) Injured nerve tissue prosthesis implant, surgical treatment of injured nerve tissue, and use of porous polytetrafluoroethylene
Yan et al. An experimental and numerical study of the microstructural and biomechanical properties of human peripheral nerve endoneurium for the design of tissue scaffolds
CN104784756B (en) Three-dimensional micro stent composite porous metal support for adhering blood platelets
WO2021205306A1 (en) Process for obtaining spongy material for bone regeneration
CA3028521A1 (en) Tissue regeneration biomaterial comprising two material fractions with different stiffness
Garczyk et al. Three-dimensional model for assessing the pore volume of biomaterials intended for implantation
RU2766977C1 (en) Method for stacking and stabilising granular osteoplastic materials in the recipient bed when eliminating complex defects of the jaw bones
JP2004305260A (en) Biological tissue prosthesis and production method thereof
CN109876187B (en) Tissue engineering cartilage repairing scaffold using globular protein as pore-forming agent and preparation method thereof
Chetehouna Investigating the Stress and Strain fields in Porous Synthetic Bone Graft Substitute Materials with Varied Porosity Levels