Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

THE EVALUATION OF THE RESULTS OF SCANNING ELECTRON MICROSCOPY IN THE STUDY OF THE MORPHOLOGICAL STRUCTURE OF THE OSTEOPLASTIC MATERIAL "CLIPDENT” AND NATIVE HUMAN BONE

Kharitonov D.Yu. 1 Domashevskaya E.P. 1 Azarova E.A. 1 Goloschapov D.L. 1
1 Voronezh State Medical Academy named after N.N. Burdenko
Изучалась морфологическая и структурная характеристика костной ткани нижней челюсти человека в сравнении с двумя разновидностями синтетического остеопластического материала «Клипдент». «Клипдент-ГЛ» изготовлен на основе β – трикальцийфосфата и гиалуроновой матрицы, основой «Клипдент-КЛ» является β – трикальцийфосфат на основе коллагеновой матрицы. Для анализа пористости, размера агломератов и морфологии образцов использовался метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Проводилось исследование образцов материалов с увеличением в 900, 50000 раз. В результате проведения СЭМ c увеличением в 900 раз костная ткань человека имеет пористость ~5-10 µм, на поверхности исследуемых синтетических материалов наличие пор не наблюдается. Увеличение в 50000 раз подтверждает отсутствие микропор на поверхности обоих образцов «Клипдент». В результате исследования, установлены принципиальные различия в структурной и морфологической организации исследуемых материалов и натуральной кости человека.
During research we studied morphological and structural characteristics of the humans mandibular bone tissue in comparison with two types of synthetic osteoplastic material "Clipdent". "Clipdent-GL" is made on the basis of β - tricalcium phosphate and hyaluronic matrix, the basis of "Clipdent-CL" is β - tricalcium phosphate with collagen matrix. The scanning electron microscopy (SAM) was used for analysis of samples´ porosity, morphology and sizes of the agglomerates. During the research sample materials were studied with increasing 50, 900, 50,000 times. Some differences in the structure of the macropores of the studied materials were found with the help of SAM (increase x50). The pore size of the humans mandibular bone in the tested sample was more than 500 μm, the pores on the surface of the synthetic materials were not observed. The increase 50,000 times confirms the absence of micropores on the surfaces of "Clipdent" and ´Clipdent-GL”. Finally , we can get the conclusion that natural human bone and studied osteoplastic materials have fundamental differences in the structural and morphological organization.
lower jaw
electron microscopy
osteoplastic materials
microporosity
macroporosity
morphology of the bone

В виду необходимости разработки новых форм соединений (матриц, керамик, блоков) полностью или частично позволяющих восстанавливать функции твердых тканей скелета, лечения и восстановления зубов и зубного протезирования особое внимание уделяется структурным и морфологическим характеристикам материалов [1]. Следует отметить, что идеальный имплантат или керамика должны быть пористыми композиционными материалами, близкими по морфологическим характеристикам к биогенным образцам [2].

Морфологические характеристики являются значимыми в рамках регенеративного подхода: искусственный имплантат со временем может быть заменен или полностью интегрирован с костной тканью [3, 4].  Большой вклад в восстановление функции кости и интеграции имплантатов вносит морфологическая организация остеопластических материалов: пористость, объемная доля пор, их форма и распределение по размерам удельная площадь поверхности. Заданная морфология и пористость необходимы для проникновения клеток костной ткани внутрь имплантата и его включение в процесс остеогенеза [5, 6].  Считается, что для достижения необходимой биорезорбции в организме человека пористый имплантат должен содержать систему взаимосвязанных открытых и сопряженных между собой пор. Распределение по размерам этих пор должно находиться в пределах от 50‑500 µк – аналогично костной ткани человека. При этом нижняя граница - 50 µк может быть значительно меньше ~10-100 нм, одновременно и верхняя граница может быть больше 500 µк, в зависимости от природы самого материала, скорости его деградации и области применения. С учетом большого разнообразия форм костной ткани требуются биоматериалы с различными характеристиками [2,3,6].

Материалы и методы

Для исследования были выбраны остеопластические материалы «Клипдент-ГЛ» и «Клипдент-КЛ», производимые компанией «ВладМиВа». «Клипдент-ГЛ» представляет собой синтетический остеопластический материал на основе β – трикальцийфосфата и гиалуроновой матрицы. Основным компонентом материала «Клипдент- Кл» является β – трикальцийфосфат на основе коллагеновой матрицы. Оба материала получены путем спекания синтетического сырья и по описанию производителей, обладают высокой макро- и микро-пористостью, что создает идеальные условия для восстановления утраченной костной ткани. Данные образцы сопоставлялись с образцом губчатой кости нижней челюсти человека.

Таблица 1

Исследуемые материалы

КТ

Костная ткань, представляющая материал губчатой кости нижней челюсти человека. Предоставлена медицинской академией им. Н.Н. Бурденко.

Клипдент-ГЛ

материал основе ТКФ и гиалуроновой матрицы, гранулы 1000-2000 мкм (коммерческий образец фирмы Владмива)

Клипдент-КЛ

материал на основе ТКФ и костного коллагена, гранулы 1000-2000 мкм (коммерческий образец фирмы Владмива)

Результаты сканирующей электронной микроскопии

Для анализа пористости, размера агломератов и морфологии образцов использовалась сканирующая электронная микроскопия (СЭМ).  Было установлено, что остеопластические материалы Клипдент-ГЛ и Клипдент-КЛ отличаются морфологическим строением от  губчатой костной ткани челюсти человека. Далее на рисунках 1-6 представлены микрофотографии полученные методом СЭМ на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM 6610A.

При увеличении в х900 раз (Рисунок 1) образцы костной ткани нижней челюсти человека показывают схожую морфологию, размер наблюдаемых пор составляет ~5-10 µм, что указывает на схожую микропористость используемого материала Биопласт-Дент и костной ткани.

x900

Рис. 1 Микрофотографии СЭМ морфологии образцов костной ткани нижней челюсти человека при увеличении х900 раз

На рисунке 3 представлена морфология образцов костной ткани и материала Биопласт-Дент при значительно большем увеличении в х50000. Наблюдаемые отличия в морфологической организации материалов на субмикронном уровне  могут быть связаны с органической составляющей образцов (белка коллагена). Он присутствует как в губчатой кости человека, так и в материале Биопласт-Дент, однако в последнем он подвергался химическому и механическому воздействию при получении материала.

На Рисунке 2,3 показана морфология порошкообразных образцов остеопластического материала «Клипдент» при увеличении в х900 раз. Образец «Клипдент-Гл» показывает однородную морфологию с размерами агломератов в пределах 2-20 µм (Рисунок 3). Микрофотография на рисунке 4 показывает, что в образце «Клипдент-Кл» агломераты объединены в крупные глобулы, которые и образуют порошок, используемый для практического применения.

x900

Рис. 2 Микрофотография СЭМ морфологии образцов группы «Клипдент-ГЛ» при увеличении х900 раз

x900

Рис. 3 Микрофотография СЭМ морфологии образцов группы «Клипдент-КЛ» при увеличении х900 раз

x50000_2 

Рис. 4 Микрофотографии СЭМ морфологии образцов костной ткани (слевапри увеличении в х50 000 раз

При детальном рассмотрении обоих образцов группы Клипдент со значительно большим увеличением (х50000) видно, что частицы  образующие порошок плотно прилегают друг к другу и в образцах отсутствуют взаимосвязанные поры (Рисунок 5,6).

x50000

Рис. 5 Микрофотография СЭМ морфологии образцов группы «Клипдент-Гл» при увеличении х50000 раз

x50000

Рис. 6 Микрофотография СЭМ морфологии образцов группы «Клипдент-КЛ» при увеличении х50000 раз

Заключение

Изучение морфологии образцов показало, что обе разновидности материалов «Клипдент» в отличие от костной ткани челюсти человека не обнаруживают макро и микропористости поверхности, а так же системы сопряженных пор. Можно говорить лишь, о шероховатости поверхности материалов на субмикронном уровне. Таким образом, полученная сравнительная характеристика материалов «Клипдент-Гл», «Клипдент-Кл» с костной тканью человека, дает основание предполагать, что остеокондуктивные свойства остеопластических исследуемых материалов не будут выраженными в должной мере.

Рецензенты:

Харитонов Ю.М.,  д.м.н., профессор, заведующий отделением челюстно-лицевой хирургии №1 БУЗ Воронежской Областной клиническая больницы №1 Министерства здравоохранения РФ, г. Воронеж;

Беленова И.А., д.м.н., профессор, заместитель декана стоматологического факультета Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко Министерства здравоохранения РФ, г. Воронеж.