Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. (Czech Dental Journal) 2017; 117(4): 79-84 | DOI: 10.51479/cspzl.2017.014

Výzkum vstřebatelnosti kovových materiálů na biologických modelech

J. Levorová1,*, J. Dušková2, M. Drahoš1, R. Vrbová3, J. Kubásek4, D. Vojtěch4, M. Bartoš1, L. Dugová1, D. Ulmann1, R. Foltán1
1 Stomatologická klinika, maxilofaciální chirurgie 1. LF UK a VFN, Praha
2 Patologický ústav 1. LF UK a VFN, Praha
3 Stomatologická klinika, Laboratoř pro výzkum vlastností materiálů 1. LF UK a VFN, Praha
4 Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství, VŠCHT, Praha

Úvod a cíl: Standardním materiálem užívaným pro osteosyntézu obličejového skeletu je titan a jeho sloučeniny. Jednou z nevýhod konvenčního materiálu je nutnost jeho extrakce v indikovaných případech. Řešení situace nabízí degradovatelné materiály. V minulosti se pro tyto účely užívaly materiály na bázi polylaktidové nebo polyglykolidové kyseliny, které se klinicky prokázaly být nevyhovující. Moderním řešením je použití osteosyntetického materiálu z kovových degradovatelných slitin. Autoři prezentují původní práci - výzkum vstřebatelnosti kovových materiálů na bázi magnezia a zinku na biomodelech.

Materiál a metodika: K výzkumu bylo použito celkem 12 zvířecích biomodelů - králíků, kterým byly implantovány do tibií šrouby ze tří typů kovů (dvě vstřebatelné slitiny - Zn-2Mg a WE43 - a titan jako standardní materiál). Zvířata byla ve čtyřtýdenních intervalech eutanazována, vzorky kostní tkáně s implantovaným materiálem byly skenovány v mikrofokus-CT a histologicky vyšetřeny. Byla posouzena rychlost degradace materiálů.

Výsledky: Doba degradace materiálu je u WE43 za fyziologických podmínek krátká pro stabilizaci fraktury do doby její konsolidace. Materiál Zn-2Mg během 16 týdnů prokázal minimální schopnost degradace. Oba materiály prokázaly přiměřené biologické vlastnosti.

Závěr: Degradovatelné materiály na bázi magnezia a zinku jsou z biologického hlediska vyhovující materiály. Z výsledků výzkumu ale vyplývá, že použití obou typů slitin nevyhovuje požadavkům na materiál, tj. zachování pevnosti po dobu 12-24 týdnů a současně vstřebání v racionálním časovém rámci.

Klíčová slova: biodegradovatelné slitiny; osteosyntéza; magneziové slitiny

Biodegradability of Metal Alloys: in vivo Testing

Introduction and aim: The standard material used for osteosynthesis of the facial skeleton is the titan and its compounds. One of the disadvantages of the conventional material is the need for its extraction in indicated cases. Degradable material offer a solution to the situation. In the past, materials based on polylactic or polyglycolic acid were used for these purposes. It clinically proved to be unsatisfactory. The modern solution is the use of biodegradable metal alloys. The authors present original research on the degradation of metal materials based on magnesium and zinc on the biomodels.

Materials and methods: A total of 12 animal models (rabbits) were used. Screws of 3 types of metals (Zn-2Mg and WE43 degradable alloys and the titanium as a standard material) were implanted in the rabbit's tibias. The animals were euthanasied in 4-weeks intervals, samples of bone tissue with an implanted material have been scaned under mikrofocus CT and were histologically examined. The rate of degradation of the materials was examined.

Results: Time period of degradation of the material WE43 under physiological conditions has been shown to be too short to stabilize the fracture. Material of Zn-2 mg during the 16 weeks showed a minimum ability to degradation. Both materials have demonstrated reasonable biological properties.

Conclusion: Degradable materials based on magnesium and zinc are from the biological point of view matching materials. The results of this research indicates that the use of both types of alloys does not satisfy the materials requirments, i.e. retained strength for 12-24 weeks and degradation in reasonable time frame..

Keywords: biodegradable alloys; osteosynthesis; magnesium alloys

Zveřejněno: 1. prosinec 2017  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Levorová J, Dušková J, Drahoš M, Vrbová R, Kubásek J, Vojtěch D, et al.. Výzkum vstřebatelnosti kovových materiálů na biologických modelech. Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. 2017;117(4):79-84. doi: 10.51479/cspzl.2017.014.
Sdílet...
Stáhnout citaci
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Zobrazit celý článek

    Reference

    1. Bergsma, J. E., de Bruijn, W. C., Rozema, F. R., Bos, R. R., Boering, G.: Late degradation tissue response to poly(L-lactide) bone plates and screws. Biomaterials, roč. 16, 1995, č. 1, s. 25-31. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    2. Charyeva, O., Feyerabend, F., Willumeit, R., Zukowski, D., Gasqueres, C., Szakacs, G., Agha, N. A., Hort, N., Gensch, F., Cecchinato, F., Jimbo, R., Wennerberg, A., Lips, K. S.: In vitro resorption of magnesium materials and its effect on surface and surrounding environment. MOJ Toxicol., roč. 1, 2015, č. 1, s. 1-6. Přejít k původnímu zdroji...
    3. Dee, K. C., Puleo, D. A., Bizios, R.: Protein-surface interactions. In Dee, K. C., a kol: An introduction to tissue-biomaterial interactions. New Jersey, Willey-Liss, Inc., 2002, s. 37-52. Přejít k původnímu zdroji...
    4. Hänzi, A. C., Gerber, I., Schinhammer, M., Löffler, J. F., Uggowitzer, P. J.: On the in vitro and in vivo degradation performance and biological response of new biodegradable Mg-Y-Zn alloys. Acta Biomater., roč. 6, 2010, č. 5, s. 1824-1833. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    5. Haug, R. H.: Design and function of implants. In Ehrenfeld, M., a kol: Principles of internal fixation of the craniomaxillofacial skeleton trauma and orthognatic surgery. New York, Thieme, 2012, s. 53-81.
    6. Hewitt, C., Innes, D., Savory, J., Wills, M.: Normal biochemical and hematological values in New Zealand white rabbits. Clin. Chemistry, roč. 8, 1989, č. 35, s. 1777-1779. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    7. Krause, A., Von der Hoh, N., Bormann, D., Krause, C., Bach, F. W., Windhagen, H., Meyer-Lindenberg, A.: Degradation behaviour and mechanical properties of magnesium implants in rabbit tibiae. J. Materials Science, roč. 45, 2010, č. 1, s. 624. Přejít k původnímu zdroji...
    8. Kubásek, J., Vojtěch, D., Lipov, J., Ruml, T.: Structure, mechanical properties, corrosion behavior and cytotoxicity of biodegradable Mg-X (X=Sn, Ga, In) alloys. Materials Science and Engineering C, roč. 33, 2013, č. 4, s. 2421-2432. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    9. Kuhlmann, J., Bartsch, I., Willbold, E., Schichardt, S., Holz, O., Hort, N., Höche, D., Heineman, W. R., Witte, F.: Fast escape of hydrogen from gas cavities around corroding magnesium implants. Acta Biomaterialia, roč. 9, 2013, č. 10, s. 8714-8721. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    10. Marukawa, E., Tamai, M., Takahashi, Y., Hatakeyama, I., Sato, M., Higuchi, Y., Kakidachi, H., Taniguchi, H., Sakamoto, T., Honda, J., Omura, K., Harada, H.: Comparison of magnesium alloys and poly-l-lactide screws as degradable implants in a canine fracture model. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater., roč. 104, 2016, č. 7, s. 1282-1289. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    11. Pichler, K., Kraus, T., Martinelli, E., Sadoghi, P., Musumeci, G., Uggowitzer, P. J., Weinberg, A. M.: Cellular reactions to biodegradable magnesium alloys on human growth plate chondrocytes and osteoblasts. Int. Orthop., roč. 38, 2014, č. 4, s. 881-889. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    12. Reifenrath, J., Bormann, D., Meyer-Lindenberg, A. Magnesium alloys as promising degradable implant materials in orthopaedic research. In Czerwinski, F.: Magnesium alloys - corrosion and surface treatments. Berlin, InTech, 2011, s. 93-108. Přejít k původnímu zdroji...
    13. Richards, R. G., Disegi, A. J.: Metals, surfaces, and tissue inter-actions. In Ehrenfeld M.: Principles of Internal Fixation of the Craniomaxillofacial Skeleton Trauma and Orthognatic Surgery. New York, Thieme, 2012, s 39-44. Přejít k původnímu zdroji...
    14. Vojtěch, D., Kubásek, J.: Structure, mechanical and corrosion properties of magnesium alloys for medical application. Acta Metallurcica Slovaca, roč. 3, 2013, č. 1, s. 82-89. Přejít k původnímu zdroji...
    15. Windhagen, H., Radtke, K., Weizbauer, A., Ediekmann, J., Noll, Y., Kreimeyer, U., Schavan, R., Stukenborg-Colsman, C., Waizy, H.: Biodegradable magnesium-based screw clinically equivalent to titanium screw in hallux valgus surgery: short term results of the first prospective, randomized, controlled clinical pilot study. BioMedical Engineering OnLine, roč. 12, 2013, č. 1, s. 62. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    16. Witte, F., Haferkamp, H., Kaese, V., Windhagen, H.: In vivo corrosion of four magnesium alloys and the associated bone response. Biomaterials, roč. 17, 2005, č. 26, s. 3557-3563. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    17. Witte, F., Ulrich, H., Rudert, M., Willbold, E.: Biodegradable magnesium scaffolds: Part I appropriate inflammatory response. J. Biomed. Mater. Res. A., roč. 81, 2007, č. 3, s. 748-756. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    18. Witte, F., Hort, N., Vogt, C., Cohen, S., Kainer, K. U., Willumeit, R., Feyerabend, F.: Degradable biomaterials based on magnesium corrosion. Current Opinion in Solid State and Materials Science, roč. 12, 2008, č. 5, s. 63-72. Přejít k původnímu zdroji...
    19. Xue, A., Koshy, J. C., Weathers, W. M., Wolfswinkel, E. M., Kaufman, Y., Sharabi, S. E., Brown, R. H., Hicks, M. J., Hollier, L. H.: Local foreign-body reaction to commercial biodegradable implants: an in vivo animal study. Craniomaxillofac Trauma Reconstr., roč. 7, 2014, č. 1. s. 27-34. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    20. Zheng, Y.: in vivo testing of biodegradable Mg alloy implants. In Zheng, Y.: Magnesium alloys as degradable biomaterials. Boca Raton, CRC Press, 2016, s. 421-456. Přejít k původnímu zdroji...

    Tento článek je publikován v režimu tzv. otevřeného přístupu k vědeckým informacím (Open Access), který je distribuován pod licencí Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0), která umožňuje nekomerční distribuci, reprodukci a změny, pokud je původní dílo řádně ocitováno. Není povolena distribuce, reprodukce nebo změna, která není v souladu s podmínkami této licence.


    Zpět na obsah