**УЛУЧШЕНИЕ ОСТЕОИНТЕГРАЦИИ ОРТОПЕДИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ ПОСРЕДСТВОМ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ

1. В. Карлов, И.А. Хлусов, В.П. Шахов, В.П. Игнатов, В.А. Понтак, С.Ю. Зинатулина

Центр ортопедии и медицинского материаловедения ТНЦ СО РАМН, Томск, Россия

Не существует идеального материала, полностью совместимого с организмом, соответствующего всем анатомо-физиологическим и биомеханическим свойствам костной ткани. Эффективность врастания имплантатов зависит от многих факторов, среди которых основными можно считать условия механической стабилизации, состояние кости реципиента, условия сопутствующего лечения, структуру и свойства имплантируемого изделия (рельеф, адгезивность, кристалличность поверхности, механические свойства и др.). В конечном итоге успех остеоинтеграции определяется процессами, протекающими на границах раздела покрытие/костная ткань и покрытие/имплантат. Кальций-фосфатные керамические покрытия обладают высокой биосовместимостью, способностью к интеграции с костной тканью посредством остеокондуктивных и остеоиндуктивных процессов. Однако существует технологическая проблема, связанная с недостаточными механическими свойствами и адгезией кальций-фосфатных керамических покрытий к металлической подложке. С другой стороны, кальций-фосфатные покрытия, нанесенные на титан по электрохимической технологии, обладают высоким сцеплением с подложкой при недостаточных остеоинтеграционных свойствах. В связи с этим модификация поверхности, оптимизирующая биомедицинские и технологические свойства имплантатов, представляется актуальной.

Адекватным экспериментальным способом изучения остеоинтеграционных свойств имплантатов является метод эктопического костеобразования. На части исследуемых дисков из титана ВТ5-1 (диаметр 12 мм) формировали линейный либо сетчатый макрорельеф посредством 22-24 регулярных бороздок глубиной 50-150 мкм. В последующем на поверхность имплантатов наносили металлокерамическое (анодно-искровое) либо кальций-фосфатное анодно-искровое покрытие в растворе фосфорной кислоты, содержащей гидроксиалпатит, как описано ранее. Эктопическое костеобразование проводили на мышах линии CBA/CaLac, которым под кожу имплантировали диски со столбиком костного мозга (остеокндуктивный вариант). Через 1,5 месяца диски извлекали, фотографировали в отраженном свете с фиксированными параметрами. Проводили количественную морфометрию изображений до и после имплантации посредством программы Photoshop 5.0. Фазовый состав покрытий, соотношение Са/P изучали с применением дифракции рентгеновских лучей и микрорентгеноспектрального анализа.

Результаты показали, что подкожная имплантация дисков не вызывала побочных эффектов, связанных с воспалительными и аллергическими явлениями. Способность покрытий к сцеплению с мягкими тканями возрастала в следующем порядке: металлокерамическое гладкое < металлокерамическое текстурированное < кальций-фосфатное гладкое < кальций-фосфатное текстурированное. Гладкие и текстурированные (линейные и сетчатые) металлокерамические имплантаты не проявляли остеокондуктивных свойств в тесте эктопического остеогенеза. Для развития феномена необходимо присутствие в покрытии достаточного количества ионов фосфора и кальция, составляющих основную часть неорганического матрикса кости. Так, соотношение кальций/фосфор для металлокерамического слоя составляло 0,93/16,83, основной фазой покрытия являлся оксид титана с небольшим количеством титанофосфата Ti4P6023. Для кальций-фосфатного электрохимического покрытия соотношение кальций/фосфор возрастало до 18,39/40,20, фазовый состав представлял собой соединения титана, фосфора и кальция: оксифосфат титана (TiO)2P2O7, фосфат титана Ti4P6023, кальция титанат CaTi4O9, кальция титанофосфат CaTi4(PO4)6, кальция фосфат CaP4O11, трикальций фосфат (витлокит) Ca3PO4.

С другой стороны, присутствие ионов кальция и фосфора является необходимым, но не достаточным условием успешной интеграции ортопедических имплантатов с костью. Так, эффективность образования миелокариоцитами кости на гладком кальций-фосфатном слое составляла 33 %. Механическое текстурирование кальций-фосфатных покрытий (как линейных, так и сетчатых) повышало вероятность формирования костной пластинки до 67% при площади кости от 3,2 до 13,5 мм2. Одним из механизмов повышенной адгезии остеогенных клеток к модифицированным кальций-фосфатным покрытиям может быть примерно 50%-ное увеличение площади контакта вследствие текстурирования поверхности. Кроме того, в бороздках формируются пространства, по своим размерам соответствующие остеону, способствующие направленному движению жидкостей и характеризующиеся максимальным приростом толщины кальций-фосфатного слоя (до 50 мкм). По-видимому, подобные ниши создают оптимальные условия для формирования микроокружения, необходимого для адгезии и роста клеток костной ткани.

Таким образом, формирование макрорельефа имплантатов с кальций-фосфатным электрохимическим покрытием на титановых имплантатах значительно усиливает интеграцию их поверхности с костными клетками и улучшает показатели роста кости. Это позволяет добиться оптимального соотношения биомедицинских и технологических свойств покрытий, полученных электрохимическим путем, по сравнению с кальций-фосфатными керамическими покрытиями.