Biphasic calcium phosphate bioceramic materials influence on osteoporotic bone biomechanical parameters and bone density (experimental research). Doctoral Thesis

Promocijas darbs izstrādāts Rīgas Stradiņa universitātē, Biomehānikas laboratorijā. Aizstāvēšana: Medicīnas bāzes zinātņu, tai skaitā farmācijas promocijas padomes atklātā sēdē 2021. gada 18. jūnijā 11.00 tiešsaistes platformā Zoom.Kaula reģenerācija ir kaulaudu veidošanās fizioloģiskais process, kas notiek normāla lūzuma sadzīšanas laikā un ir iesaistīts nepārtrauktā kaula aprites procesā dzīves laikā. Tomēr ir dažādi klīniski apstākļi, kad nepieciešama plaša kaula reģenerācija, piemēram, osteoporotisko kaulu lūzumu gadījumos. Kalcija fosfātu saturošs biomateriāls – hidroksiapatīts, kas var būt gan tīrā veidā, gan pārklāts ar medikamentiem, ir viens no pazīstamākajiem un klīniski izpētītiem kaulaudu atjaunošanas līdzekļiem. Divfāžu kalcija fosfāta biokeramika kā kaulu aizstājējmateriāls tiek izmantots, lai uzlabotu osteoporotisko kaulu īpašības un veicinātu kaulaudu dzīšanu. Stronciju saturošie kalcija fosfāta kaulaudu cementi ir perspektīvi materiāli ar osteoporozi saistītu defektīvu kaulu reģenerācijai, jo tie stimulē kaulu veidošanos un vienlaikus ierobežo osteoklastu darbību. Pētījuma mērķis bija noteikt kaulaudu minerālblīvuma, biomehānisko un morfoloģisko īpašību izmaiņas pēc lokālas augšstilba kaula trochanter major apvidus pastiprināšanas ar divfāžu kalcija fosfāta biokeramiskajiem materiāliem trušiem ar eksperimentālu osteoporozi. Pētījumā tika izmantoti 34 astoņus mēn. veci sieviešu dzimtes eksperimenta dzīvnieki – truši, 24 no kurām tika izraisīta eksperimentāla osteoporoze pēc ovariektomijas un sekojošas metilprednizolona injekcijas. Kontroles grupā bija 10 veseli truši. Pētījumam tika izmantoti nekomerciālie Rīgas Tehniskās universitātes Rūdolfa Cimdiņa Rīgas biomateriālu inovāciju un attīstības centrā ražoti biomateriāli – divfāžu kalcija fosfāta biokeramika ? kalcija hidroksiapatīts (HAP) un trikalcija fosfāts (TCP) attiecībā 70/30. Osteoporozes skartie truši tika sadalīti grupās un labajā (operētā) augšstilbā izveidotais defekts tika aizpildīts ar HAP/TCP granulām ar vai bez 5 % stroncija (Sr) vai atstāts tukšs kā placebo ķirurģijas grupa. Osteoporozes pierādīšanai ar morfoloģiskā pētījuma metodi tika ņemti 10 apakšžokļa kaula premolāra rajona paraugi no veseliem (kontroles) trušiem un 23 apakšžokļa kaula premolāra rajona paraugi no trušiem ar eksperimentālo osteoporozi. Lai noteiktu biomateriālu lokālo ietekmi, tika izmantoti 23 labajā (operēta) augšstilba kaula paraugi, kā arī 23 kreisajā (neoperēta) augšstilba un 23 apakšžokļa kaula leņķa rajona paraugi no trušiem ar eksperimentālo osteoporozi, lai noteiktu sistēmisku biomateriāla iedarbību ar biomehāniskā un rentgenoloģiskā pētījuma metodēm. Apakšžokļa kaula šķersgriezumā trabekulārā kaula laukums kontroles grupā bija 0,20 mm^2 (0,176–0,233 mm^2), kas ir statistiski ticami lielāks nekā osteoporotisku dzīvnieku grupām (HAP/TCP grupā (0,127 mm^2; 0,118–0,149 mm^2), HAP/TCP/5 % Sr grupā (0,136 mm^2; 0,108–0,166 mm^2) un placebo ķirurģijas grupā (0,135 mm^2; 0,126–0,164 mm^2)). Pētījuma ietvaros kaulaudu biomehānisku parametru noteikšanai tika veikts trīs punktu lieces izpētes tests. Lieces laikā katram paraugam tika noteikts graujošais spriegums un graujošā deformācija. Paraugu cietība tika izteikta kā pieskares lieces modulis. Operēta, neoperēta augšstilba un apakšžokļa kaula paraugu graujoša deformācija pēc HAP/TCP biomateriāla implantācijas ar vai bez 5 % Sr bija statistiski ticami mazāka, salīdzinot ar placebo ķirurģijas grupu paraugu graujošo deformāciju. Neoperēta augšstilba kaula paraugu graujošais spriegums pēc HAP/TCP biomateriāla implantācijas ar vai bez 5 % Sr bija statistiski ticami lielāks, salīdzinot ar placebo ķirurģijas grupas paraugu graujošo spriegumu. Statistiski ticamas atšķirības starp operēta augšstilba un apakšžokļa kaula placebo ķirurģijas grupu kaula paraugiem un kaula paraugiem pēc HAP/TCP biomateriāla implantācijas ar vai bez 5 % Sr netika atrastas. Operēta, neoperēta augšstilba un apakšžokļa kaula paraugu elastības modulis pēc HAP/TCP biomateriāla implantācijas ar vai bez 5 % Sr bija statistiski ticami lielāks, salīdzinot ar placebo ķirurģijas grupu paraugu elastības moduli. Operēta, neoperēta augšstilba un apakšžokļa kaula paraugu minerālblīvums pēc HAP/TCP biomateriāla implantācijas ar vai bez 5 % Sr bija statistiski ticami lielāks, salīdzinot ar placebo ķirurģijas grupu paraugu minerālblīvumu, kas liecina par sistēmisku biomateriālu iedarbību uz eksperimentālo dzīvnieku kaulaudiem. Tas rada biomateriālu izmantošanas perspektīvu osteoporozes ārstēšanai un profilaksei. Statistiski ticamas atšķirības starp operēto un neoperēto augšstilba kaula paraugu graujošo deformāciju, graujošo spriegumu, lieces moduli un minerālblīvumu pēc HAP/TCP un HAP/TCP ar 5 % Sr biomateriālu implantācijas netika atrastas, kas liecina par vienādu biomateriālu iedarbību uz eksperimentālo dzīvnieku kaulaudiem, kas atrodas attālināti no implantācijas vietas. Analizējot osteoporotisku kaulaudu paraugu biomehāniskus rādītājus pēc HAP/TCP biomateriāla implantācijas ar vai bez 5 % Sr, tikai operēta augšstilba kaula paraugiem novērotas statistiski ticamas izmaiņas visos biomehāniskos parametros, liecinot par kaula stiprības veicināšanu stroncija klātbūtnē. Statistiski ticamas neoperēta augšstilba kaula paraugu biomehāniskos rādītāju, kā arī apakšžokļa kaula paraugu graujošās deformācijas un elastības moduļa atšķirības starp HAP/TCP un HAP/TCP 5 % Sr grupām netika atrastas. Kā arī netika atrastas statistiski ticamas operēta, neoperēta augšstilba un apakšžokļa kaula paraugu minerālbīvuma atšķirības starp HAP/TCP un HAP/TCP 5 % Sr grupām. Iespējams, nepieciešami turpmāki pētījumi ar lielāku stroncija daudzumu biomateriālā, lai sasniegtu klīnisku efektu