Dynamics of reparative histogenesis of bone tissue in presence of some osteoplastic materials in vitro

Currently, to solve the bone deficiency problem in the maxillofacial region, osteoplastic materials based on allogeneic and xenogenic collagen bone matrix are used, both in pure and in activated forms, by adding growth factors. It is impossible to determine the effectiveness and mechanisms of the osteoplastic materials effect on bone regeneration without a comprehensive study, including not only histological, but also morphometric studies of the structural components and cellular reactions in the impact area. Such studies provide reliable and objective information on the main processes taking place in bone regeneration.

Purpose. To determine the spatial distribution of reparative osteogenesis in the presence of some osteoplastic materials in vitro.

Materials and methods. Svetlogorsk breed pigs were used as a biomodel. Depending on the osteoplastic preparations used, the animals were divided into four groups of the two in each: 1st — a preparation based on a natural bovine bone graft was injected into bone defects. 2nd — a preparation based on collagenized porcine transplant was injected into bone defects. 3rd — a preparation consisting of 60 % hydroxyapatite (HA) and 40 % beta-tri-calcium phosphate; 4th — control group — the bone defect healed under a blood clot. Animals were removed from the experiment on the 45th day. We examined sections with a thickness of 20 μm using the method of light and fluorescence microscopy.

Results. The results indicate different dynamics of the reparative osteogenesis in the presence of osteoplastic materials of different classes. In group 1, the filling of the defect with newly formed bone tissue is not uniform; in group 2, the filling of the defect with newly formed bone tissue is uniform; in group 3 the filling of the defect with non-formed bone tissue is uneven due to the pronounced hyperostosis; in the control group, the filling of the defect with newly formed bone tissue is not happening.

Conclusion. Stimulation, the dynamics of reparative osteogenesis and the three-dimensional organization of bone regenerate depend on the osteoplastic material class, which requires further study of the dynamics and three-dimensional organization of bone regenerate to select the optimal bone-replacing agent.

1. Тарасенко С. В., Шехтер А. Б., Ершова А. М., Бондаренко И. М. Сравнительный гистологический анализ применения синтетических и ксеногенных остеопластических материалов для аугментации альвеолярного отростка верхней челюсти перед дентальной имплантацией. Российская стоматология. — 2016; 9 (3): 3–7. DOI: 10.17116/rosstomat2016933–7.

2. Chiapasco M., Zaniboni M. Failures in jaw reconstructive surgery with autogenous onlay bone grafts for pre-implant purposes: incidence, prevention and management of complications // Oral Maxillofac Surg Clin North Am. — 2011. — N 23 (1). — P. 1–15. doi.org/10.1016/j.coms.2010.10.009.

3. Retzepi M, Donos N. Guided Bone Regeneration: biological principle and therapeutic applications. Clin. Oral Impl. Res. 21, 2010; 567–576. DOI: 10.1111/j.1600-0501.2010.01922.x

4. Testori T., Iezzi G., Manzon L., Fratto G., Piattelli A., Weinstein R. L. High temperature-treated bovine porous hydroxyapatite in sinus augmentation procedures: a case report // Int J Periodontics Restorative Dent. — 2012. — N 32(3). — P. 295–301.

5. Юрьев Е. М., Ушаков А. И., Серова Н. С., Багиров Э. А., Канноева М. В. Дифференциальный подход к выбору костно-пластического материала при дентальной имплантации в условиях дефицита костной ткани // Российская стоматология. — 2014. — Т. 7. — № 4. — С. 30–33.

6. Hu J., Zhou Y., Huang L., Liu J., Lu H. Effect of nano-hydroxyapatite coating on the osteoinductivity of porous biphasic calcium phosphate ceramics // BMC Musculoskelet Disord. — 2014. — N 15. — Р. 114. DOI: 10.1186/1471–2474–15–114.

7. Scarano A., Degidi M., Perrotti V., Piattelli A., Iezzi G. Sinus augmentation with phycogene hydroxyapatite: histological and histomorphometrical results after 6 months in humans. A case series // Oral Maxillofac Surg. — 2012. — No16(1). — P. 41–45. DOI: 10.1007/s10006–011–0296–3.

8. Волков А. В., Шустров С. А., Корсаненков К. С., Набиева Е. Х. Новый метод окраски недекальцинированной костной ткани // Клиническая и экспериментальная морфология. — 2016. — № 4 (20). — С. 55–58.

9. Mangano C., Perrotti V., Shibli J. A., Mangano F., Ricci L., Piattelli A., Iezzi G. Maxillary sinus grafting with biphasic calcium phosphate ceramics: clinical and histologic evaluation in man // Int J Oral Maxillofac Implants. — 2013. — N 28(1). — Р. 51–56. DOI: 10.11607/jomi.2667.

10. Иванов С. Ю., Мухаметшин Р. Ф., Мураев А. А., Бонарцев А. П., Рябова В. М. Синтетические материалы, используемые в стоматологии для замещения дефектов костной ткани // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — N 1. — Режим доступа: www.science-education.ru/ru/article/view?id=8345.

11. Daniel S. Thoma, Stefan P. Bienz, Michael Payer, Jürg Hüsler, Patrick R. Schmidlin, Christoph H. F. Hämmerle, Norbert Jakse and Ronald E. Jung. Randomized clinical study using xenograft blocks loaded with bone morphogenetic protein-2 or autogenous bone blocks for ridge augmentation — A three-dimensional analysis, Clinical Oral Implants Research, 30, 9, 872–881, 2019. DOI: 10.1111/clr.13492.

12. Волков А. В. К вопросу о безопасности остеопластических материалов / А. В. Волков // Вестник травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. — 2015. — N 1. — С. 46–51.

13. Janner S. F.M. The influence of collagen membrane and autogenous bone chips on bone augmentation in the anterior maxilla: a preclinical study / S.F.M. Janner, D. D. Bosshardt, D. L. Cochran, V. Chappuis, G. Huynh-Ba, A. A. Jones, D. Buser // Clin. Oral. Implants Res. — 2016. DOI: 10.1111/clr.12996.

14. Мураев А. А., Иванов С. Ю., Ивашкевич С. Г., Горшенев К., Телешев А. Т., Кибардин А. В., Кобец К. К., Дубровин В. К. Органотипичные костные имплантаты — перспектива развития современных остеопластических материалов. Стоматология. 2017; 96 (3): 36–39. doi.org/10.17116/stomat201796336–39.

15. Мураев А. А., Бонарцев А. П., Гажва Ю. В., Рябова В. М., Волков А. В., Жаркова И. И., Стамболиев И. А., Кузнецова Е. С., Жуйков В. А., Мышкина В. Л., Махина Т. К., Бонарцева Г. А., Яковлев С. Г., Кудряшова К. С., Воинова В. В., Шайтан К. В., Иванов С. Ю. Разработка и доклинические исследования ортотопических костных имплантатов на основе гибридной конструкции из поли-3-оксибутирата и альгината натрия. Современные технологии в медицине. 2016; 8 (4): 50–57.

16. Мураев А. А., Иванов С. Ю., Артифексова А. А., Рябова В. М., Володина Е. В., Полякова И. Н. Изучение биологических свойств нового остеопластического материала на основе недеминерализованного коллагена, содержащего фактор роста эндотелия сосудов при замещении костных дефектов // Современные технологии в медицины, № 1, 2012, с. 21–26.