Технология заполнения костных дефектов челюстей нетканым титановым материалом со сквозной пористостью

Титановый нетканый материал разработан учеными Аэрокосмического университета г. Самара. Родоначальниками являются выдающиеся профессора А.М. Сойфер (1966); А.И. Белоусов (2000); Д.В. Чегодаев (2012); А.И. Ермаков, Ф.В. Паравай (2016, 2017, 2018).

Нетканый титановый материал со сквозной пористостью (НТМСП) является упругопористой однородной массой, полученной в процессе метода холодного прессования титановой спирали, уложенной авторским способом, вытянутой и отмеренной по весу. Исходным материалом для изготовления НТМСП служила тонкая металлическая проволока из титана марки ВТ1-00, отвечающая требованиям биосовместимости титана с окружающими тканями. Окружность титановой проволоки для изготовления исходного материала определяли размерами изготавливаемой будущей модели. Чаще всего мы применяли титановую проволоку диаметром 0,1 мм. Спиралевидную форму придавали ей путем прокатки проволоки между диском и роликом. Навивания спирали осуществляли пластическим деформированием проволоки на вращающемся коническом керне при обкатывании его роликом [1].

Для выявления биологической совместимости данного материала экспериментальные исследования впервые были проведены на животных в Самарском институте экспериментальной медицины и биотехнологий и Самарском центре клеточных технологий [2, 3].

Исследования, проведенные сотрудниками кафедры челюстно-лицевой хирургии и стоматологии СамГМУ, показали не только полную биосовместимую, но и биомеханическую совместимость с окружающими тканями.

Через 90 сут с момента имплантации НТМСП в кость происходило сквозное его прорастание костным субстратом. При выполнении микроскопии зоны интереса встроенного в материал костного регенерата определялся клеточный полиморфизм (наличие как юных клеточных форм — остеобластов, так и созревших — остеоцитов, а также в единичном виде — остеокластов, выполняющих резорбцию кости). При микроскопическом исследовании надкостницы ее строение было обычным для ткани, не подверженной хирургическим вмешательствам. Костный мозг был обычного для нормы строения, без воспалительных явлений, содержащим значительное количество полнокровных капилляров [4—6].

Экспериментальные исследования на клетках свидетельствовали, что клеточная адгезия значительно повышается на нетканом титановом материале, участки которого имеют шероховатую поверхность. Учитывая эти данные, мы в своих исследованиях обратились к разделу учения о металлической стружке. Металл, срезанный с заготовки режущим инструментом, называется стружкой. Процесс резания (стружкообразование) — один из сложных физических процессов, при котором возникают упругие и пластические деформации. Этот процесс сопровождается большим трением, наростообразованием, завиванием и усадкой стружки. При этом повышается твердость деформируемых слоев металла. Пластическое деформирование заключается в сдвиге одних слоев относительно других по плоскостям скольжения, которые совпадают в основном с направлением наибольших сдвигающих напряжений. Сдвиги происходят между отдельными частицами кристаллического зерна. Возникает повышение твердости и шероховатости. Стружкообразование представляет собой процесс упругопластического деформирования (сжатия) срезаемого слоя (рис. 1).

Рис. 1. Титановая стружка для изготовления нетканого титанового материала со сквозной пористостью.

В целях изготовления стружки использовали титановый пруток различного диаметра, который зависел от необходимого диаметра спирали и расстояния между витками.

Для изготовления имплантатов, замещающих дефект челюсти, использовали спираль толщиной 0,05—0,015 мм. Диаметр витка спирали составил 0,8±0,2 мм, поэтому и расстояние между витками было 0,8±0,2 мм. Спираль изготавливали на станке с числовым управлением. На компьютере задавали необходимые параметры и в течение 17±6 мин получали такое количество спиралей, чтобы иметь имплант любой величины для замещения дефекта нижней челюсти. По длине спирали превышали протяженность дефекта на 10±1 мм. Избыток по длине был необходим для изгибания концов спирали внутрь конструкции. Это исключало острые края имплантата. Технология получения медицинского имплантата защищена патентом [7].

При изготовлении индивидуальных титановых биоинженерных композиций применяли индивидуальные пресс-формы. В основе индивидуальной пресс-формы лежит зуботехническая кювета для изготовления пластмассовых съемных протезов (рис. 2).

Рис. 2. Пресс-форма для изготовления индивидуального имплантата челюсти из нетканого титанового материала со сквозной пористостью.

1 — основание; 2 — дно основания; 3 — верхняя часть; 4 — крышка.

Проведен анализ лечения дефектов челюстей у 31 пациента (10 с дефектами после остеомиелита нижней челюсти, 5 с посттравматическими дефектами и 16 после цистэктомии).

Размер и геометрию костного дефекта получали двумя способами. Самым простым был способ использования стереолитографической модели (рис. 3).

Рис. 3. Рентгенограмма пациента А., 56 лет, диагноз: обширная радикулярная киста тела нижней челюсти слева (а) и литографическая модель нижней челюсти, пораженной опухолью (б).

На стереолитографической модели с помощью фрезы и бормашины удаляли новообразования в пределах здоровых тканей (рис. 4).

Рис. 4. Удаление новообразования и формирование костной полости.

а — исходная модель; б — этап удаления участка, пораженного новообразованием в пределах здоровых тканей; в — общий вид образовавшегося дефекта нижней челюсти.

Образовавшийся дефект заполняли расплавленным зуботехническим воском. После охлаждения получившуюся восковую модель будущего челюстного имплантата извлекали и приступали к изготовлению пресс-формы (рис. 5).

Рис. 5. Индивидуальная восковая композиция челюстного имплантата.

а — вид сбоку; б — вид сверху; в — восковая модель резецированного участка нижней челюсти.

Для этого снимали верхний этаж кюветы. Стандартно разводили супер-гипс до сметанообразного состояния и заливали в кювету до середины высоты бортов. Восковую композицию помещали в жидкий гипс по центру на ¹/₂ ее толщины. После полного затвердения гипса всю его поверхность кисточкой покрывали разделительным слоем канцелярского клея. После его высыхания разводили вторую порцию гипса, только в соленой воде. После полного растворения супер-гипса в соленой воде и получения сметанообразной консистенции его заливали в кювету до верхней границы. Кювету закрывали крышкой и прижимали. После полного застывания гипса кювету раскрывали в обратном порядке. Струей горячей воды восковую заготовку выплавляли. В результате получали индивидуальную пресс-форму для формирования титанового имплантата из НТМСП с заданными параметрами пористости. Предполагая объем титанового имплантата и необходимую пористость, по специальной формуле вычисляли объем титановой стружки, необходимой для изготовления. В 85% случаев пористость составила 75±5% от общего объема. Отвесив необходимое количество титановой стружки, выполняли ее укладку в пресс-форму. Укладывать начинали со дна пресс-формы. Титановая стружка имела длину больше, чем пресс-форма, именно поэтому концы загибались внутрь. В результате получали пирамидально уложенную «стопку» титановой стружки, концы которой находились внутри нее. Пресс-форму собирали в соответствии с пазами кюветы. Кювету помещали под механический пресс и сдавливали до полного соединения обеих половин (рис. 6).

Рис. 6. Пресс-форма для этапа холодного прессования.

а — готовая пресс-форма; б — этап укладки компонентов биоинженерной конструкции; в — этап холодного прессования.

Полученную индивидуальную биоинженерную конструкцию извлекали и помещали внутрь дефекта. При этом во всех случаях приходилось применять усилия для ее установления. Пластические свойства титановой стружки обеспечивали плотное прилегание конструкции в виде распорки в костной полости (рис. 7).

Рис. 7. Ортопантомограмма больного Г., 42 лет. Диагноз: обширная радикулярная киста нижней челюсти слева.

а — до операции; б — после хирургического лечения в объеме цистэктомии и костной пластики, этап окончательной ортопедической реабилитации с опорой на имплантаты.

Предложенная нами технология получения челюстного имплантата из нетканого титанового материала со сквозной пористостью может использоваться в клинической практике в качестве альтернативы при выборе метода реконструкции как более простая и менее травматичная.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — И.М. Байриков

Сбор и обработка материала — П.Ю. Столяренко

Статистическая обработка — Ю.Л. Васильев

Написание текста — Д.Н. Дедиков

Редактирование — И.М. Байриков

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.