Use of biogenic and bioinert materials in osteoplastic surgery (a review of literature)

Authors

  • Olexiy Korenkov

DOI:

https://doi.org/10.15674/0030-598720124120-128

Keywords:

bone plastics, implant, osteogenesis

Abstract

Ukrainian and foreign scientific sources, dealing with use of biogenic, bioinert materials and other components of tissue-engineering structures in osteoplastic surgery, are analytically reviewed. Classifications of osteoplastic materials and detailed information about variants of their influence on reparative regeneration of the bone tissue are presented, as well as the most promising directions of regenerative medicine are described. Despite a large number of designed implants and appearance of a new field, tissue engineering, at present there is not any single “gold standard” in treatment of bone tissue defects, each drug having its positive and negative properties. Hence, the positive clinical result can be achieved only in case of an adequate choice of an implant depending upon a concrete clinical situation and with strict observance of demands of technologies for its use.

References

  1. Антибактериальная активность водорастворимых низкомолекулярных хитозанов в отношении различных микроорганизмов / Д. В. Герасименко, И. Д. Авдиенко, Г. Е. Банникова и др. // Прикладная биохимия и микробиология. — 2004. — Т. 40, № 3. — C. 301–306.
  2. Барыш А. Е. Моносегментарный и бисегментарный передний межтеловой металлокерамоспондилодез при хирургическом лечении заболеваний и повреждений шейного отдела позвоночника / А. Е. Барыш // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2009. — № 4. — С. 35–39.
  3. Бейсембаев А. А. Применение хитозанового биогеля Васна и препаратов на его основе в лечении экспериментальных хирургических ран / А. А. Бейсембаев, А. К. Бабашев // Морфология и хирургия: сб. науч. трудов. — Новосибирск, 2002. — Вып. 3. — С. 170–172.
  4. Брехов В. Л. Новый биологический безопасный стимулятор остео- и хондрогенеза. Использование богатой тромбоцитами аутоплазмы, полученной с применением отечественных нанобиотехнологий / В. Л. Брехов // Нанотехнологии и охрана здоровья. — 2010. — № 1 (2). — С. 36–40.
  5. Васильев М. Г. Экспериментальное исследование биоматериалов — «Алломатрикс-имплант» и «Остематрикс» / М. Г. Васильев: мат. II Всероссийского симпозиума с международным участием [«Клинические и фундаментальные аспекты клеточных и тканевых биотехнологий»]. — Самара, 2004. — С. 16–17.
  6. Давыдова В. Н. Взаимодействие бактериальных эндотоксинов с хитозаном. Влияние структуры эндотоксина, молекулярной массы хитозана и ионной силы раствора на процесс комплексообразования / В. Н. Давыдова, И. М. Ермак, В. И. Горбач // Биохимия. — 2000. — Т. 65, № 9. — C. 1278–1287.
  7. Волова Л. Т. Увеличение объема костной ткани челюсти за счет использования аллоимплантата «ЛИОПЛАСТ» // Л. Т. Волова, В. А. Купряхин: мат. II Всероссийского симпозиума с международным участием [«Клинические и фундаментальные аспекты клеточных и тканевых биотехнологий»]. — Самара, 2004. — С. 12–13.
  8. Гречуха А. М. Применение биоактивного стеклокристаллического материала «Биоситалл–11» для замещения костных дефектов лицевого скелета (экспериментально-клиническое исследование): дис… канд. мед. наук: 14.00.21 / Александр Михайлович Гречуха. — М., 2009. — 92 с.
  9. Григорьян А. С. Динамика заживления костных дефектов при имплантации резорбируемых полимерных материалов / А. С. Григорьян, Ф. Х. Набиев, В. П. Алавердов // Российский стоматологический журнал. — 2005. — № 3. — С. 6–9.
  10. Зацепин С. Т. Костная патология взрослых. Руководство для врачей / С. Т. Зацепин. — М.: Медицина, 2001. — 450 с.
  11. Кафтырев А. С. Применение биоситалла в хирургии костно-суставного туберкулеза (экспериментально-клиническое исследование): дис… канд. мед. наук: 14.00.27, 14.00.22 / Александр Сергеевич Кафтырев. — СПб, 2006. — 92 с.
  12. Корж А. А. Корундовая керамика и перспективы ее использования в восстановительной хирургии костей и суставов / А. А. Корж, Э. В. Дегтярева, Г. Х. Грунтовский // Ортопедия, травматология и протезирование. — 1981. — № 11. — С. 5–8.
  13. Основные направления в разработке и применении биоматериалов в институте имени профессора М. И. Ситенко АМН Украины / Н. А. Корж, Н. В. Дедух, И. Б. Тимченко и др.: сб. работ V научн.-практ. семинара; под ред. проф. Очкуренко А. А. [«Искуственные материалы в травматологии и ортопедии»]. — М., 2009. — С. 48–53.
  14. Костно-пластическая хирургия: от костного трансплантата до современных биокомпозиционных матереалов / В. Г. Германов, Г. М. Ковалерский, З. А. Черкашена и др. // Медицинская помощь. — 2006. — № 4. — С. 16–19.
  15. Кузанов А. И. Реваскуляризация костной ткани васкуляризированными надкостнично-кортикальными аутотрансплантатами: дис… канд. мед. наук: 14.00.27, 14.00.22 / А. И. Кузанов. — М., 2005. — 117 с.
  16. Леонтьев В. К. Имплантационные материалы для замещения дефектов костной и хрящевой ткани (аналитический обзор) / В. К. Леонтьев, С. Д. Литвинов, Т. В. Судакова // Российский вестник дентальной имплантологии. — 2003. — № 2. — С. 10–19.
  17. Меркулов В. Н. Нарушение консолидации костей при переломах у детей и подростков. Методы диагностики и лечения / В. Н. Меркулов, А. И. Дорохин, Н. П. Омельяненко. — М.: «САЙНС-ПРЕСС», 2009. — 264 с.
  18. Морфологические особенности заживления кости при использовании пористых титановых имплантатов в эксперименте / А. С. Артюшкевич, И. А. Швед, Е. В. Мишустина и др. // Современная стоматология. — 2002. — № 2. — С. 43–45.
  19. Муццарелли Р. А. А. Хитозан per os. / Р. А. А. Муццарелли // Нижний Новгород: Вектор-Тис, 2001. — 370 с.
  20. Никольский В. Ю. Системная санация полости рта с использованием аллогенных костнопластических материалов / В. Ю. Никольский, Е. С. Худякова, Д. В. Габерман // Парадонтология. — № 3. — 2006. — С. 65–70.
  21. Опыт заготовки деминерализованных костных трансплантатов и их применение в эксперименте и клинике / В. И. Савельев, А. А. Булатов, А. В. Калинин и др.: мат. II Всероссийского симпозиума с международным участием [«Клинические и фундаментальные аспекты клеточных и тканевых биотехнологий»]. — Самара, 2004. — С. 52–54.
  22. Панкратов А. С. Костная пластика в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Остеопластические материалы: [руководство для врачей] / А. С. Панкратов, М. В. Лекишвили, И. С. Копецкий. — М.: Издательство БИНОМ, 2011. — 272 с.
  23. Практические аспекты клинической дентальной имплантологии: атлас-руководство / [А. В. Васильев, С. Б. Улитовский, Н. В. Васильев, И. В. Шаронов]. — СПб.: Человек, 2010. — 200 с.
  24. Прохорова О.В. Клинико-экспериментальное обоснование применения композиции на основе биоситалла в комплексном лечении заболеваний пародонта: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. мед. наук: спец. 14.00.21 «Стоматология» / О. В. Прохорова. — СПб., 2000. — 20 с.
  25. Рувинская Г.Р. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения инфракрасного диапазона на репаративную регенерацию костной ткани в пористой структуре титанового имплантата: дис… канд. мед. наук: 14.00.21 / Гузель Ренадовна Рувинская. — Казань, 2002. — 140 с.
  26. Рыбаков П. А. Костная пластика с использованием лиофилизированного губчатого аллотрансплантанта. Результаты лечения с применением имплантатов системы «Конмет» и «Semados» / П. А. Рыбаков, С. В. Минеев // Российский вестник дентальной имплантологии. — 2007. — № 3/4. — С. 48–54.
  27. Севастьянова В. И. Биосовместимые материалы: учебное пособие / В. И. Севастьянова, М. П. Кирпичникова. — М.: ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство», 2011. — 544 с.
  28. Скрябин К. Г. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение / К. Г. Скрябин, Г. А. Вихорева, В. П. Ворламова. — М.: Наука, 2002. — 368 с.
  29. Сухарев М. Ф. Основы дентальной имплантологии / М. Ф. Сухарев, С. Б. Улитовский, А. И. Яременко. — СПб.: Человек. — 2012. — 256 с.
  30. Хоанг Т. А. Применение конструкций из пористого никелида титана при лечении переломов нижней стенки глазницы: дис... канд. мед. наук: 14.01.14 / Хоанг Туан Ань. — М., 2010. — 108 с.
  31. Хобкек Джон А. Руководство по дентальной имплантологии / Хобкек Джон А., Уотсон Роджер М., Сизн Ллойд Дж. Дж.; пер. с англ. под общей ред. проф. М. З. Миргазизова. — М.: МЕДпресс-информ, 2010. — 224 с.
  32. Чирков С. Н. Противовирусная активность хитозана / С. Н. Чирков // Прикладная биохимия и микробиология. — 2002. — Т. 38, № 1. — С. 5–13.
  33. Шумаков В. И. Трансплантология. Руководство для врачей. Издание второе исправленное и дополненное / В. И. Шумаков. — М.: Медицинское информационное агентство, 2006. — 960 с.
  34. Экспериментально-клиническая оценка остеопластических материалов, применяемых в челюстно-лицевой хирургии и дентальной имплантологии, и их влияние на репаративный остеогенез / А. С. Григорьян, А. А. Кулаков, А. И. Воложин и др. // Российский вестник дентальной имплантологии. — 2003. — № 1. — С. 38–44.
  35. Этитейн Ю. В. Методика оценки остеоиндуктивных свойств деминерализованного трансплантата до пересадки / Ю. В. Этитейн, В. Т. Подорожная, И. А. Кириллова: сб. научн. трудов cимпозиума по проблемам тканевых банков с международным участием «Биоимплантология на пороге XXI века». — М., 2001. — С. 31–32.
  36. Alhadla q A. Mesenchymal st em cells : isolat ion and therap eutics / A. Alhadla q, J. J. Mao // Stem Cells Dev. — 2004. — Vol. 13. — P. 436–448.
  37. An arteriovenous loop in a protected space generates a permanent, highly vascular, tiss ue-engineered const ruct / Z. Lokmic, F. Stillaert, W. Morrison et al . // FASEB J. — 2007. — Vol. 21 (2). — P. 511–522.
  38. Arkudas A. Axial prevas cularizat ion of porous matrices by an arteriovenous loop promotes survival and differentiat ion of transpla nted autologous osteoblasts / A. Arkudas , J. Beier, K. Heidner // Tiss ue Eng. — 2007. — Vol. 13, №7. — P. 1549–1560.
  39. Autologous st em cells (adipose) and fibrin glue used to treat widesp read traumat at ic cal varial defects : case report / S. Lendeckel, A. Jodicke, P. Christ ophis et al . // J. Craniomaxill ofac Surg. — 2004. — Vol. 32. — P. 370–373.
  40. Biolott e W. G. Biomat erials : Principlea and Applications / W. G. Biolotte. — Boca Rat on (Florida, USA): S. R. C. Press L. L. C. — 2003. — P.21–53.
  41. Carboxymethyl cellulosesta bilized collagenous rhOP-1 device-a novel carrier biomaterial for the repair of mandibular continuity defects / H. Wang, I. N. Springer, H. Schildberg et al . / J. Biomed. Mat er. Res. — 2004. — Vol. 68-A. — P. 219–226.
  42. Determining optimal surface roughness of TiO2 blast ed tita niumimplant material for attachment, proliferation and differentiation of cells derived from human mandibular alveolar bone / K. Mustafa, J. Wroblewski, B. S. Lopez et al . // Clinical Oral Impla nts Research. — 2009. — Vol. 12. — P. 515–525.
  43. Effect of autogenous marrow and calcitonin on reaction to a ceramic / R. T. McDavid, M. E. Boone, A. H. Kafrawy et al. // J. Dent. Res. — 1979. — Vol. 58. — P. 1478–1482.
  44. Effect of rhBMP-2 on guided bone regenerat ion in humans / R. E. Jung, R. Glauzer, P. Scharer [et al .] // Clin. Oral Impl . Res. — 2003. — Vol. 14. — P. 556–568.
  45. Engineering of vascularized transplantable bone tissues: induction of axial vascularization in an osteoconductive matrix usingan arteriovenous loop / U. Kneser, E. Polykandriotis, J. Ohnolz et al . // Tiss ue Eng. — 2006. — Vol. 12. — P. 1721–1731.
  46. Enhanced mineralized tissue adhesion to titanium over polystyrene assessed by the nano-scrat ch test / F. Butz, H. Aita , K. Takeuchi et al . // J. Biomed Mat at er Res A. — 2005. — Vol. 74. — P. 164–170.
  47. Enhancement of periodontal tissue regeneration by transplatation of bone marrow mesenchymal stem cells / H. Kawaguchi, A. Hirachi, N. Has egawa et al . // J. Periodontol. — 2004. — Vol. 75, № 9. — P. 1281–1287.
  48. Froum S. Human intraosseous healing responses to the placement of tricalcium phosphate ceramic implants / S. Froum, S. S. Stahl // J. Periodontol. — 1987. — Vol. 58, № 2. — P. 103–109.
  49. Hahn J. Клиническое, радиографическое, гистологическое и гистоморфометрическое сравнение PepGen P-15 в гранулах и PepGen P-15 геля в лунках удаленных зубов у одного пациента. Клинический случай / J. Hahn, M. Roher, A. Tofe // Международный журнал Чикагского центра современной стоматологии. — 2003. — № 1. — С. 39–41.
  50. Isolat ion and characterization of mesenchymal progenitor cells from chorionicvill i of human placenta / K. Igura, X. Znang, K. Takahashi et al . // Cyt otherapy . — 2004. — Vol. 6. — P. 543–553.
  51. Lakes R. S. Composite biomaterials / R. S. Lakes / Biomaterial : Principl es and Applications // Eds. J. B. Park, J.O.S. Bronzino. — Boca Rat on (Florida, USA): S. R. C. Pres L. L. C. — 2003. — P. 79–93.
  52. Li S. T. Biomaterials: Principles and Applications / S. T. Li // Eds. J. B. Park, J. O. S. Bronzino. — Boca Rat on (Florida, USA): S. R. C. Press L. L. C. — 2003. — P. 115–139.
  53. Lieberman J. R. The role of growth factors in the repa ir of bone. Biology and clinical appl icat ions. / J. R. Lieberman, A. Daluiski, T. A. Einhorn // J. Bone Joint Surg. — 2002. — Vol. 84–A, № 6. — P. 1032–1044.
  54. Mao J. J. Stem-cell -driven regeneration of synovial joints / J. J. Mao // Biol Cell . — 2005. — Vol. 97. — P. 289–301.
  55. Martin T. J. Osteoclast derived activity in the coupling of bone format ion to resorption / T. J. Martin, N. A. Sims // Trends Mol. Med. — 2005. — Vol. 11, № 2. — P. 76–81.
  56. Martynenko V. V. 25 years of an employment of corundum implants in the surgery of the spinal column and joints / V. V. Martynenko // Ceramics. — 2002. — Vol. 69. — P. 79–85.
  57. Mechanisms of muscle st em cell expansion with cytokines / B. M. Deasy , Z. Qu-Peterson, J. S. Greenberger et al. // Stem Cells . — 2002. — Vol. 20. — P. 50–60.
  58. Nanost ructuring of biomaterials — a pathway to bone grafting substitute / Th. Gerber, G. Holzuter, W. Gotz et al. // Europ. J. Trauma. — 2006. — № 2. — P. 132–140.
  59. Ohgishi H. Heterotopic osteogenesis in porous ceramics induced by marrow cells / H. Ohgishi, V. M. Goldberg, A. Y. Capla n // J. Orthop. Res. — 1976. — Vol. 7. — P. 568–578.
  60. Osteoinductive porous titanium implants: Effect of sodium removal by dilute HCI treatment / M. Takemodo, S. Fujibayas hi, M. Neo [et al .] // Biomat erials . — 2006. — Vol. 27, № 13. — P. 2682–2691.
  61. Principl es of regenerative medicine. — Academic Press is an imprint of Els evier / [A. Atala , R. Lanza, J. Thomps on, R. Nerem] — Fist edition. — 2008. — 1473 р.
  62. Repla cement of an avulsed phalanx with tissue-engineered bone / C. A. Vacanti, L. J. Bonassa r, M. P. Vacanti et al . // N. Engl. J. Med. — 2001. — Vol. 344. — P. 1511–1514.
  63. Rose Felicity R. A. J. Bone tissue engineering: hope vs hype / R. A. J. Rose Felicity , O. C. Oreffo Richard // Biochemical and Biophys ical Research Communicat ion. — 2002. — Vol. 292. — P. 1–7.
  64. Sciadini M. F. Evaluation of recombinant human bone morphogenetic protein-2 as as a bone-graft substitute in a canine segmental defect model / M. F. Sciadini, K. D D . Johnson // J. Orthop. Res. — 2000. — Vol. 18. — P. 289–302.
  65. Swell ing behavior of chitosa n/poly (acryl acid) / T. N. Thi, N. Naruhito, T. Akio et al . // J. Appl ied Poly mer Sci. — 2004. — Vol. 92, № 5. — P. 2930–2940.
  66. Tharanat han R. N. Chitin — the undisp uted biomolecule of great potential / R. N. Tharanathan, F. S. Kittur // Critical Rev. Food Sci. Nutrition. — 2003. — Vol. 43. — P. 61–87.
  67. The effect of hyaluronan on bone and soft tissue and immune response in wound healing / P. E. Engstrom, X. Q. Shi, G. Troinje et al . // J. Periodontol. — 2001. — Vol. 72., № 7. — P. 525–530.
  68. The efficacy of mesenchymal stem cells to regenerat e and repair dental structures / S. Shi, P. Bartold, M. Miura et al . // Orthod. Craniofac. Res. — 2005. — Vol. 8. — P. 191–199.
  69. Urist M. R. Bone morphogenetic protein / M. R. Urist , B. S. Strat at es // J. Dental . Res. — 1971. — Vol. 50, № 6. — P. 1392–1406.
  70. Urist M. R. Radioimmunoassay of bone morphogenetic protein in serum: a tissue-specific parameter of bone metabolism / M. R. Urist , R. T. Hudak // Proc. Sos. Roy. Exp. Biol. Med. — 1984. — Vol. 176. — P. 472–475.
  71. Warnke P. H. Growth and transplantation of a custom vascularised bone graft in a man / P. H. Warnke, I. N. Springer, J. Wilt fang // Lancet. — 2004. — Vol. 364 (9436). — P. 766–770.
  72. Yoon S. T. Osteoinductive molecules in orthopaedics: basic science and preclinical studies / S. T. Yoon, S. D . Boden // Clin. Orthop. — 2002. — Vol. 395. — P. 33–43.

Downloads

How to Cite

Korenkov, O. (2012). Use of biogenic and bioinert materials in osteoplastic surgery (a review of literature). ORTHOPAEDICS TRAUMATOLOGY and PROSTHETICS, (4), 120–128. https://doi.org/10.15674/0030-598720124120-128

Issue

No. 4 (2012)

Section

DIGESTS AND REVIEWS

License

Copyright (c) 2014 Olexiy Korenkov

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

The authors retain the right of authorship of their manuscript and pass the journal the right of the first publication of this article, which automatically become available from the date of publication under the terms of Creative Commons Attribution License, which allows others to freely distribute the published manuscript with mandatory linking to authors of the original research and the first publication of this one in this journal.

Authors have the right to enter into a separate supplemental agreement on the additional non-exclusive distribution of manuscript in the form in which it was published by the journal (i.e. to put work in electronic storage of an institution or publish as a part of the book) while maintaining the reference to the first publication of the manuscript in this journal.

The editorial policy of the journal allows authors and encourages manuscript accommodation online (i.e. in storage of an institution or on the personal websites) as before submission of the manuscript to the editorial office, and during its editorial processing because it contributes to productive scientific discussion and positively affects the efficiency and dynamics of the published manuscript citation (see The Effect of Open Access).