利用三维Micro-CT技术构建的骨替代支架,可用于临床医疗!

   电子分析员        

这项研究的主要目的是评估的商用骨生物材料替代品在牙科用作组织工程支架应用,进行人体临床研究和使用microcomputed断层扫描(ct机)分析调查的主要形态和骨和生物材料结构的关键参数。在临床前和临床阶段均进行了显微ct检查。并结合组织学对植入后4个月取出的骨进行分析。对孔隙率、骨体积分数(BV/TV)和骨小梁厚度(Tb.Th)等主要形态学参数的定量分析证明了生物材料性能的主要差异及其对骨组织再生的影响。通过对微观结构的三维重建进行定性观察,有助于矿化区域的可视化。植入前后对骨替代物进行的分析可以量化主要生物材料的形态参数和人体骨组织再生的特征。因此,微ct及其与组织学的联合应用被证明是一种进行显微结构研究以及最终评估各种治疗和种植体的疗效和效果的强有力的方法。


相关论文以题为“Bone Substitutes Scaffold in Human Bone: Comparative Evaluation by 3D Micro-CT Technique”发表在《Applied Sciences》上。




由于先天性畸形、炎症和肿瘤病理或创伤而改变或损坏的骨骼节段的连续性和完整性的恢复,是骨科医生和口腔颌面外科医生面临的一个挑战。特别是在牙科领域,不利于人工引导放置种植体的骨骼状况会使种植体-假体康复治疗复杂化。目前市场上有许多可移植的生物材料可以解决骨缺损问题。尽管科学研究和取得的进展为骨外科技术的不断发展,模拟自然行为的骨头,这是组织工程的主要对象,并不容易获得,考虑自然骨的多功能特性,也就是说,大自然自我修复、重建和再生。


理想的骨移植材料应具有生物相容性和生物耐受性、无致癌性和致畸性、非抗原性和可承受性等特点。此外,它应具有生物可吸收性、亲水性、易于使用和操作、无毒、具有优良的生物力学特性、无菌或灭菌性,且不作为病原微生物增殖的底物。生物活性,即通过成骨、诱导和骨传导机制刺激新骨生成的能力是另一个重要方面。


因此,这项研究的目的是扩展的初步临床研究和部分评估的一部分,实施一个完整的评估六个商用骨生物材料替代用作组织工程支架的应用程序通过使用microtomographic分析为主要方法,调查研究的阶段。ct机是应用于临床前阶段的评估选择的支架,在植入以后,确定骨头和生物材料形态参数,描述正常人体骨组织结合组织学和最终评估的各种治疗方法的疗效和植入物。


微ct是一种巩固的三维无损成像技术,用于各种应用,特别是用于骨结构和矿化组织的分析。牙科、颌面外科和骨科是主要感兴趣的领域,在过去几年,更多的医疗应用的新制造工艺和质量控制正在出现。获取骨组织和其他材料微结构和组成信息的可能性,取决于从标本准备到图像采集和重建过程中适当参数的设置等所有步骤分析的准确性。实际上,采用它的一些局限性与分析的成本有关。在过去的十年中,成本效益得到了改善,特别是由于以更低的成本获得了更多的计算能力。


临床研究的流程图如图1所示。



图1.临床研究流程图。


在体外微层摄影实验结束时,为了更好地显示观察到的结构的互连性,研究人员对所选部分标本进行了3D图像的定义,图2。使用的负色允许低于连接密度,即,通信空间的存在和气孔之间的连接。与其他材料(2b、3a和4a)相比,三种产品(1a、1b和ICB)的内部空白处之间的互连程度更高(图2A-C)。


重建三维完整模型,如图3所示。这里再次分析的模型,以便在所有样本之间进行比较。重建完整的样本,让一个更快的定性可视化的选择的生物材料的结构差异。



图2.选取部分样本的3D图像,每张图像显示阳性(上)和阴性(下):(A) BioOSS®,1a;(B)®,1 B;银行独立委员会(C);(D) ENGIpore®、2 b;(E) Bioset, 3a和(F) SINTbone, 4a。



图3.(A) BioOSS®,1a;(B)®,1 B;银行独立委员会(C);(D) ENGIpore®、2 b;(E) Bioset, 3a和(F) SINTbone, 4a。3.2临床阶段:提取种植体的形态学、定量和组织学结果。


在临床阶段,再次对提取的种植体进行微ct分析。百分比变化值之间的相对差异每个测试和控制标本的具体参数的结果,证明更高的孔隙度值,变化从约8.7%的标本2测试3 67%测试和更低的BV /电视,从3测试−−68.5% 8% 2的测试。在1b测试和3a测试中得到了气孔率的最大值。与牛源性-1a和马源性-1b生物材料相关的植入物被证实具有合理的孔隙度值(从对照到试验点的增量约为11%-1a到16%-1b)和BV/TV。此外,对于结核病来说。第四个参数,2b检验检测值为16.7%,1b检验检测值为50%,2a检验检测值为- 31%,4a检验检测值为- 23.5%。


图4和图5为整个试样中部和同一试样的选定切片的试验和对照部位的重构。密度值与各种颜色相关联,以更好地可视化结构元素,如人体骨骼和生物材料。颜色梯度突出了不同矿化的区域,从黄色的低矿化和橙色中矿化构造,到红色的高钙化构造。



图4.临床阶段第1部分,微ct重建图像用于标本检测(左侧)和对照部位(右侧):(A1) 1b检测,整个标本切片;(A2) 1b检测,选择切片;(B1) 1b控制,整个标本切片;(B2) 1b对照,选择切片;(C1) 2a试验,整个试样的切片;(C2) 2a检验,选择切片;(D1) 2a对照,整个标本切片;(D2) 2a对照,选择切片;(E1) 3a试验,整个标本切片;(E2) 3a检测,选择切片;(F1) 3a对照,切片整个标本;(F2) 3a对照,选择切片。




图5.临床阶段第二部分,微ct重建图像用于标本试验(左侧)和对照部位(右侧):(A1) 1a试验,整个标本切片;(A2) 1a测试,选择切片;(B1) 1a对照,整个标本的切片;(B2) 1a对照,选择切片;(C1) 2b试验,整个标本切片;(C2) 2b检验,选择切片;(D1) 2b对照,整个标本切片;(D2) 2b对照,选择切片;(E1) 4a试验,整个标本的切片;(E2) 4a检测,选择切片;(F1) 4a对照,切片整个标本;(F2) 4a对照,切片选择。


在组织学分析方面,参考第二部分研究中选取的每个标本切片(标本1a、2b、4a)的图像如图6所示。



图6.标本检测(左侧)和对照部位(右侧)的组织学图像:(A1) 1a检测,完整标本;1 (A2)控制;(B1) 2 b测试;(B2) 2 b控制;(C1) 4a检测和(C2) 4a控制;图例:CT =结缔组织;剩余脚手架;NB =新骨;血管。


结论


该研究证实了微ct技术在生物材料的形态和结构表征方面的巨大潜力,可作为牙医学中组织工程应用的骨替代品。评估方法在临床前和临床阶段被开发和应用。在选定的患者和各种商用生物材料上进行的临床研究允许对支架及其与骨组织的相互作用进行全面分析。结合显微ct与组织学的应用,可以评估种植体的组织形态特征。应用研究过程的重点不是确定最好的骨替代物,但它达到了改进方法的目的,以便更好地进行定量和定性评估。该研究应被考虑用于其他骨替代物的研究,并帮助临床操作人员在特定临床应用中选择最合适的生物材料。


论文链接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/10/3451/htm



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