Использование смеси трикальцийфосфата и полимолочной кислоты в качестве материалов для трехмерной печати аллопластических блоков

Полный текст

Введение

Стремительное развитие технологий открыло нам одно из самых впечатляющих направлений — 3D-печать. Широкое использование потенциала трехмерной печати позволяет экономить время и средства, а это очень важно, особенно в медицине. Сегодня трехмерные технологии являются неотъемлемой частью в жизни современного общества, а их совершенствование позволяет использовать 3D-принтеры в самых различных областях науки и техники. В настоящее время уникальные методы современной печати активно применяются в таких областях медицины, как травматология, трансплантология и пластическая хирургия. Но именно в стоматологии использование трехмерных технологий получило широкое применение. Использование 3D-печати в хирургической стоматологии имеет большое значение, особенно на этапе планирования операции и изготовления хирургических шаблонов [1]. А печать аллопластических блоков с помощью 3D-принтера имеет ряд преимуществ, так как позволяет не только спланировать ход операции, но и создать блок любой формы и размера с учетом всех анатомических особенностей участка, на котором будет проводиться операция у конкретного пациента. Но на различных этапах могут возникнуть определенные трудности. Одной из проблем при изготовлении аллопластических блоков на 3D-принтерах в медицине, в том числе и в стоматологии, является сложность подбора материалов, потому что не каждое вещество сочетает в себе свойства, подходящие как для печати, так и для внедрения в организм пациента. Также костнопластический материал должен обладать рядом свойств: биосовместимостью, остеоиндукцией, остеокондукцией, остеогенностью и остеопротекцией [4]. Однако, несмотря на широкий ассортимент современных материалов, ни один из них не отвечает в полной мере всем требованиям.

Целью нашего исследования являлся поиск материалов для печати аллопластических блоков на 3D-принтере, изучение свойств трикальцийфосфата и полимолочной кислоты, а также создание и печать экспериментальной модели нижней челюсти и блока для увеличения ширины атрофированного альвеолярного отростка из смеси данных материалов.

Известно, что атрофия альвеолярного гребня происходит по многим причинам. В 91 % случаев причиной тому служит потеря зубов [6]. Только в течение первого года после потери зуба происходит уменьшение около 25 % костного объема, а в последующие 3 года объем альвеолярной кости снижается на 40–60 % [5]. Далее процесс продолжается, и убыль костной ткани составляет примерно пол процента от ее объема в год. Выраженная резорбция костной ткани челюстей препятствует установке дентальных имплантатов, тем самым создавая серьезные трудности при дальнейшей реабилитации и лечении таких пациентов [2].

Для того чтобы восстановить необходимый объем костной ткани, используют блоки из различных материалов. Материалы для восстановления костной ткани делятся на несколько групп: аутогенные (донором является сам пациент), аллогенные (донором является другой человек), ксеногенные (донором является животное), аллопластические (синтетические, в том числе полученные из природных материалов) [4].

Известно, что одним из наиболее освоенных синтетических материалов в хирургической стоматологии и реконструктивной хирургии является полилактид (полимолочная кислота), который с 1970 г. разрешен FDA США (United States Food and Drug Administration) для использования в медицине.

Полимолочная кислота (PLA) является синтетическим биоразлагаемым полимером, основным продуктом биодеструкции которой выступает молочная кислота. Вследствие отсутствия в полимолочной кислоте пептидных цепей и биодеструктируемой природы ее действие и присутствие в организме не вызывают иммунологических реакций, следовательно, данный материал является биосовместимым с живым организмом. Полилактид получают ферментативным брожением сахаров или химическим синтезом и далее подвергают химической полимеризации. В связи с отсутствием термопластичности и растворимости в водных средах его используют в основном с гликолидом, сополимеры которого получают ионной полимеризацией и сополимеризацией [4].

В настоящее время для восстановления костных дефектов хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии наиболее распространенными материалами являются искусственные и натуральные кальций фосфаты, такие как трикальцийфосфат (Са3(PO4)2) и гидроксиапатит [3].

Трикальцийфосфат также является биосовместимым материалом за счет того, что его молекулы входят в состав костной ткани, а продукты биодеградации включаются в ионный обмен, что позволяет организму со временем замещать собственной костной тканью данный материал.

Материалы и методы

В программе, предназначенной для работы с КТ-снимками (ScanIP, Simpleware), нами была обработана компьютерная томограмма пациентки А. (рис. 1, а, б) и выделена нижняя челюсть, на которой отчетливо видна атрофия альвеолярного отростка в области жевательной группы зубов справа. Затем, в программе-моделировщике (PowerSHAPE, Delcam) построена трехмерная модель блока нужной формы и размера для увеличения ширины альвеолярного отростка, затем изображение переведено в формат STL для печати. Далее, из полимолочной кислоты и трикальцийфосфата была изготовлена «катушка» для 3D-принтера, материал помещен в экструдер и в расплавленном состоянии в виде нити использован для печати необходимого фрагмента.

 

Рис. 1. Компьютерная томограмма пациентки А.

 

Результаты: получена 3D-модель нижней челюсти с аллопластическим блоком из смеси полимолочной кислоты (PLA) и трикальцийфосфата (рис. 2, а, б).

 

Рис. 2. 3D-модель нижней челюсти с аллопластическим блоком

 

Выводы: смесь из полимолочной кислоты и трикальцийфосфата обладает всеми необходимыми свойствами, которые требуются от аллопластических блоков, и благодаря такому сочетанию имеет ряд преимуществ. Полимолочная кислота играет роль каркаса аллопластического блока, так как хорошо сохраняет форму, а трикальцийфосфат служит наполнителем и за счет неправильной формы гранул позволяет образовать пористую структуру блока, которая создает благоприятные условия для прорастания сосудов.

Материалы являются биоинертными и биосовместимыми, следовательно, не оказывают негативного действия на окружающие ткани и на организм в целом. Полимолочная кислота и трикальцийфосфат биоразлагаемы, поэтому в течение 6 месяцев способны разложиться и постепенно заместиться собственной костной тканью организма.

Заявляемая комбинация материалов является доступной и экономически выгодной, так как полимолочную кислоту и трикальцийфосфат легко приобрести, а изготовление из них аллопластических блоков намного дешевле закупки готовых западных аналогов. Данный способ создания аллопластических блоков является удобным и быстрым в применении, так как для их печати необходимо от 30 минут до нескольких часов и врач может самостоятельно спроектировать нужный фрагмент необходимой формы и размера, имея начальные навыки работы с компьютером.

Использование заявляемого сочетания материалов дает возможность не только получить фрагмент необходимой формы и размера, но и сделать операцию экономически выгодной как для пациента, так и для самого лечебного учреждения.

Об авторах

Ольга Олеговна Филатова

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: md.filatovaolga@gmail.com

кафедра стоматологии

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Геннадьевич Климов

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава России

Email: pstom4@zdrav.spb.ru

канд. мед. наук, доцент, заведующий, кафедра стоматологии

Россия, Санкт-Петербург

Борис Владимирович Селезнев

СПбГБУЗ «Стоматологическая поликлиника № 4»

Email: selbor31@rambler.ru

заведующий хирургическим отделением

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы