anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2024-13-3-41-48anatomy-1992Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL PAPERSЭкспериментально-гистологическое обоснование использования наноструктурированных изделий в челюстно-лицевой хирургииExperimental and Histological Validation of Nanostructured Products Use in Maxillofacial Surgeryhttps://orcid.org/0000-0001-5301-4455МатчинА. А.MatchinA. A.

Матчин Александр Артемьевич – д-р. мед. наук, профессор, зав. кафедрой стоматологии и челюстно-лицевой хирургии

ул. Советская, 6, Оренбург, 460000 

Aleksandr A. Matchin – Doct. Sci. (Med.), Head of Dentistry and Maxillofacial Surgery Department

ul. Sovetskaya, 6, Orenburg, 460000 

almatchin@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6786-5074СтадниковА. А.StadnikovA. A.

Стадников Александр Абрамович – д-р. биол. наук, профессор, зав. кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии

Оренбург

Aleksandr A. Stadnikov – Doct. Sci. (Med.), Professor, Head of Histology, Cytology and Embryology Department 

Orenburg 

alexander.stadnikov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4849-7274НосовЕ. В.NosovE. V.

Носов Евгений Васильевич – старший преподаватель кафедры стоматологии и челюстно-лицевой хирургии 

Оренбург

Evgenii V. Nosov – Senior Lecturer of Dentistry and Maxillofacial Surgery Department 

Orenburg 

nosov_new@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8725-7084БлиноваЕ. В.BlinovaE. V.

Блинова Елена Владиславовна – канд. биол. наук, доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии  

Оренбург

Elena V. Blinova – Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor of Histology, Cytology and Embryology Department 

Orenburg 

blinova.elenavlad@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0002-9569-3585РыскуловМ. Ф.RyskulovM. F.

Рыскулов Марат Фирдатович – канд. биол. наук, ассистент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии 

Оренбург

Marat F. Ryskulov – Cand. Sci. (Biol.), Assistant of Histology, Cytology and Embryology Department 

Orenburg 

mar-star89@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4928-7415КлевцовГ. В.KlevtsovG. V.

Клевцов Геннадий Всеволодович – д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Нанотехнологии, материаловедение и механика» института машиностроения

Тольятти

Gennadii V. Klevtsov – Doct. Sci. (Techn.), Professor, Head "Nanotechnology, Materials Science and Mechanics" Department of the Institute of Mechanical Engineering

Togliatti

klevtsov11948@mail.ruОренбургский государственный медицинский университетРоссияOrenburg State Medical UniversityRussian FederationТольяттинский государственный университетРоссияTogliatti State UniversityRussian Federation2024280920241334148Copyright © Матчин А.А., Стадников А.А., Носов Е.В., Блинова Е.В., Рыскулов М.Ф., Клевцов Г.В., 20242024Матчин А.А., Стадников А.А., Носов Е.В., Блинова Е.В., Рыскулов М.Ф., Клевцов Г.В.Matchin A.A., Stadnikov A.A., Nosov E.V., Blinova E.V., Ryskulov M.F., Klevtsov G.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://anatomy.elpub.ru/jour/article/view/1992

Цель исследования – экспериментально-гистологическими методами обосновать возможность эффективного использования оригинальных медицинских изделий из наноструктурного титана, по сравнению с изделиями заводского изготовления, применяемыми в настоящее время в челюстно-лицевой хирургии. Материал и методы. Исследование проведено на 50 половозрелых кроликах-самцах породы Шиншилла. У животных моделировали открытый перелом нижней челюсти. В 1-й серии эксперимента отломки фиксировали с помощью наноструктурированных минипластин и минивинтов из титана Grade 4. Во 2-й серии – фиксировали стандартными минипластинами и минивинтами ООО «Конмет». Материал для исследования забирали на 7-, 14-, 21-, 28- и 40-е сутки после операции. Объектом исследования во всех сериях служила экстерпированная нижняя челюсть в области перелома. Изготовленные гистологические препараты окрашивали гематоксилином Майера и эозином. Для идентификации клеток с признаками пролиферации (синтезирующих протеин Ki67), для оценки экспрессии синтеза протеинов p53, caspasa 3 и антиапоптотического белка bcl-2 использовали метод иммунногистохимии. Поверхности титановых конструкций изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Результаты обрабатывались статистически. Результаты. Проведено изучение применения минипластин и минивинтов из наноструктурного и стандартного титана на кроликах. Полученные данные выявили характер пролиферативного и апоптотического потенциалов остеобластов в регенерате, а также свидетельствуют об увеличении соотношения числа камбиальных клеток и клеток с апоптозной доминантой в зоне контакта с наноструктурированной поверхностью титанового винта по сравнению титановым винтом производства ООО «Конмет». В своей совокупности полученные данные свидетельствуют о том, что использование для изготовления минипластин и минивинтов из наноструктурированного титана марки Grade 4 оказывает оптимизирующее влияние на репаративный остеогенез. Механизм этого влияния определяется наличием остеоинтеграционных свойств титана. Заключение. Наноструктурированный титан целесообразно использовать для изготовления имплантатов, реконструктивных титановых пластин и других изделий для костной пластики.

The aim of the study is using experimental histological techniques to validate the beneficial potential of specific medical devices made of nanostructured titanium, and compare their effect with factorymade products currently applied in maxillofacial surgery. Material and methods. The study involved 50 sexually mature male Chinchilla rabbits. An open fracture of the lower jaw was simulated in the animals. In the 1st series of the experiment, the fragments were fixed using nanostructured miniplates and miniscrews made of Grade 4 titanium. In the 2nd series, they were fixed with standard miniplates and miniscrews from Konmet LLC. The material for the study was taken on the 7th, 14th, 21st, 28th and 40th days after the operation. In all series the object of the study was the extirpated lower jaw in the fracture area. The prepared histological sections were stained with Mayer's hematoxylin and eosin. The immunohistochemistry technique was used to identify cells with signs of proliferation (synthesizing the Ki67 protein), to assess the expression of the synthesis of proteins p53, caspasa 3 and the anti-apoptotic protein bcl-2. The surfaces of titanium structures were studied by scanning electron microscopy. The results were processed statistically. Results. The study investigated the effect of miniplates and miniscrews made of nanostructured and standard titanium on rabbits. The data obtained revealed the nature of the proliferative and apoptotic potentials of osteoblasts in the regenerate, and also indicated an increase in the ratio of the number of cambial cells and cells with an apoptotic dominant in the zone contacting with the nanostructured surface of the titanium screw compared to the titanium screw manufactured by Konmet LLC. Taken together, the obtained data indicate that the use of nanostructured titanium Grade 4 for the production of miniplates and miniscrews has an optimizing effect on reparative osteogenesis. The mechanism of this effect is determined by the presence of osseointegration properties of titanium. Conclusion. Nanostructured titanium is advisable to use for the production of implants, reconstructive titanium plates and other products for bone grafting.

наноструктурированный титанэкспериментальный переломостеоинтеграцияnanostructured titaniumexperimental fractureosseointegrationReferencesНузова О.Б., Стадников А.А. Иммуноцитохимическая идентификация экспрессии проапоптотического белка р53 и экспрессии антиапоптотического белка bcl-2 в обосновании нового способа лечения трофических язв нижних конечностей. Гены и Клетки. 2017;12(3):179–80.Nuzova O.B., Stadnikov A.A. Immunotsitokhimicheskaya identifikatsiya ekspressii proapoptoticheskogo belka r53 i ekspressii antiapoptoticheskogo belka bcl-2 v obosnovanii novogo sposoba lecheniya troficheskikh yazv nizhnikh konechnostei. Geny i Kletki. 2017;12(3):179–80 (In Russ).Решетов И.В., Гапонов М.Е., Святославов Д.С., Богословский С.Г. Создание имплантатов методом аддитивных технологий для реконструкции тканей головы и шеи. Head and Neck/Голова и шея. Российское издание. Журнал Общероссийской общественной организации Федерация специалистов по лечению заболеваний головы и шеи. 2018;4:48–57. doi: 10.25792/HN.2018.6.4.48-57 doi: 10.25792/HN.2018.6.4.48-57Reshetov I.V., Gaponov M.E., Svyatoslavov D.S., Bogoslovsky S.G. Creating implants using additive technology for the reconstruction of head and neck tissues. Head and Neck. Russian Journal. 2018;4:48–57 (In Russ). doi: 10.25792/HN.2018.6.4.48-57Садыков Р.И., Ахтямов И.Ф. Локальные факторы стимуляции репаративного остеогенеза (обзор литературы). Кафедра травматологии иортопедии. 2020;3(41):23–30. doi: 10.17238/issn2226-2016.2020.3.23-30Sadykov R.I., Akhtyamov I.F. Local Factors of Stimulation of Reparative Osteogenesis (Literature Review). The Department of Traumatology and Orthopedics. 2020;3(41):23– 30 (In Russ). doi: 10.17238/issn2226-2016.2020.3.23-30Сирак С.В., Андреев А.А., Рубникович С.П., Слетов А.А., Кочкарова З.М., Вафиади Н.Д., и др. Гистологические и иммуногистохимические особенности репаративного остеогенеза в стандартных костных дефектах нижней челюсти, замещаемых синтетическим биоматериалом по безмембранной технологии. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2020;15(1):107–11. doi: 10.14300/mnnc.2020.15025Sirak S.V., Andreev A.A., Rubnikovich S.P., Sletov A.A., Kochkarova Z.M., Wafiadi N.D., et al. Histological and immunohistochemical features of reparative osteogenesis in standard bone defects of the mandible, replaced by synthetic biomaterial using a membrane-free technology. Medical news of the North Caucasus. 2020 Jan 1;15(1):107–11 (In Russ.). doi: 10.14300/mnnc.2020.15025Чудаков О.П., Се С., Юдина О.А., Бутько Л.В. Морфологические особенности остеоинтеграции при возмещении травматических дефектов костей лицевого и мозгового черепа с помощью чистого титана в условиях эксперимента. Новости хирургии. 2018;26(6):645–54. doi: 10.18484/2305-0047.2018.6.645Chudakov O.P., Xie X., Yudzina O.A., Butsko L.V. Morphological Aspects of Osseointegration in Case of Experimental Correction Of Traumatic Defects of Facial Skull and Cerebral Cranium Bones with the Help of Pure Titanium. Novosti hirurgii. 2018 Dec 17;26(6):645–54 (In Russ.). doi: 10.18484/2305-0047.2018.6.645Al Hadi H., Smerdon G.R., Fox .SW. Hyperbaric oxygen therapy accelerates osteoblast differentiation and promotes bone formation. Journal of Dentistry. 2015 Mar;43(3):382–8. doi: 10.1016/j.jdent.2014.10.006Al Hadi H., Smerdon G.R., Fox .SW. Hyperbaric oxygen therapy accelerates osteoblast differentiation and promotes bone formation. Journal of Dentistry. 2015 Mar;43(3):382–8. doi: 10.1016/j.jdent.2014.10.006Bozo I.Ya., Mavlikeev M.O., Presnyakov E.V., Yasinovsky M.I., Trofimov V.O., Indeykin F.A., et al. Gene-Activated Hydrogels Based on Sodium Alginate for Reparative Myogenesis of Skeletal Muscle. Inorganic Materials: Applied Research. 2021 Jul;12(4):1026–32. doi: 10.1134/S2075113321040092Bozo I.Ya., Mavlikeev M.O., Presnyakov E.V., Yasinovsky M.I., Trofimov V.O., Indeykin F.A., et al. Gene-Activated Hydrogels Based on Sodium Alginate for Reparative Myogenesis of Skeletal Muscle. Inorganic Materials: Applied Research. 2021 Jul;12(4):1026–32. doi: 10.1134/S2075113321040092Farré-Guasch E., Wolff J., Helder M.N., Schulten EAJM, Forouzanfar T., Klein-Nulend J.. Application of Additive Manufacturing in Oral and Maxillofacial Surgery. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2015 Dec;73(12):2408–18. doi: 10.1016/j.joms.2015.04.019Farré-Guasch E., Wolff J., Helder M.N., Schulten EAJM, Forouzanfar T., Klein-Nulend J.. Application of Additive Manufacturing in Oral and Maxillofacial Surgery. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2015 Dec;73(12):2408–18. doi: 10.1016/j.joms.2015.04.019Iryanov Y.M., Kiryanov N.A. Reparative Osteogenesis and Angiogenesis in Low Intensity Electromagnetic Radiation of Ultra-High Frequency. Annals of the Russian academy of medical sciences. 2015 Jan 1;70(3):334–40. doi: 10.15690/vramn.v70i3.1330Iryanov Y.M., Kiryanov N.A. Reparative Osteogenesis and Angiogenesis in Low Intensity Electromagnetic Radiation of Ultra-High Frequency. Annals of the Russian academy of medical sciences. 2015 Jan 1;70(3):334–40. doi: 10.15690/vramn.v70i3.1330Iqbal A., Arshad K., Abbasi M.S., Maqsood M., Shah R., Rahim M. Recent advancements in surface modifications of dental implants: systematic review. Journal of the Pakistan Medical Association. 2021 Feb 11;71(6):1–20. doi: 10.47391/JPMA.01-156Iqbal A., Arshad K., Abbasi M.S., Maqsood M., Shah R., Rahim M. Recent advancements in surface modifications of dental implants: systematic review. Journal of the Pakistan Medical Association. 2021 Feb 11;71(6):1–20. doi: 10.47391/JPMA.01-156Klevtsov G.V., Valiev R.Z., Rezyapova L.R., Klevtsova N.A., Tyurkov M.N., Linderov M.L., et al. Strength of Products Made of Ultrafine-Grained Titanium for Bone Osteosynthesis. Materials. 2022 Nov 25;15(23):8403. doi: 10.3390/ma15238403Klevtsov G.V., Valiev R.Z., Rezyapova L.R., Klevtsova N.A., Tyurkov M.N., Linderov M.L., et al. Strength of Products Made of Ultrafine-Grained Titanium for Bone Osteosynthesis. Materials. 2022 Nov 25;15(23):8403. doi: 10.3390/ma15238403Lee U.L., Yun S., Lee H., Cao H.L., Woo S.H., Jeong Y.H., et al. Osseointegration of 3D-printed titanium implants with surface and structure modifications. Dental Materials. 2022 Oct;38(10):1648–60. doi: 10.1016/j.dental.2022.08.003Lee U.L., Yun S., Lee H., Cao H.L., Woo S.H., Jeong Y.H., et al. Osseointegration of 3D-printed titanium implants with surface and structure modifications. Dental Materials. 2022 Oct;38(10):1648–60. doi: 10.1016/j.dental.2022.08.003Lim H.K., Choi Y.J., Choi W.C., Song I.S., Lee U.L. Reconstruction of maxillofacial bone defects using patient-specific long-lasting titanium implants. Scientific Reports. 2022 May 9;12(1):7538. doi: 10.1038/s41598-022-11200-0Lim H.K., Choi Y.J., Choi W.C., Song I.S., Lee U.L. Reconstruction of maxillofacial bone defects using patient-specific long-lasting titanium implants. Scientific Reports. 2022 May 9;12(1):7538. doi: 10.1038/s41598-022-11200-0Matchin A.A., Nosov E.V., Stadnikov A.A., Klevtsov G.V., Rezyapova L.R., Sayapina N.A., et al. In Vivo Studies of Medical Implants for Maxillofacial Surgery Produced from Nanostructured Titanium. ACS Biomaterials Science & Engineering. 2023 Oct 7;9(11):6138–45. doi: 10.1021/acsbiomaterials.3c00813Matchin A.A., Nosov E.V., Stadnikov A.A., Klevtsov G.V., Rezyapova L.R., Sayapina N.A., et al. In Vivo Studies of Medical Implants for Maxillofacial Surgery Produced from Nanostructured Titanium. ACS Biomaterials Science & Engineering. 2023 Oct 7;9(11):6138–45. doi: 10.1021/acsbiomaterials.3c00813Mihalchenko D.V., et al. The issue of a method of stimulating osteoitegratsii dental implants. International Journal of Applied And Fundamental Research. 2016; 5:8.Mihalchenko D.V., et al. The issue of a method of stimulating osteoitegratsii dental implants. International Journal of Applied And Fundamental Research. 2016; 5:8.Silva R.C.S., Agrelli A., Andrade A.N., MendesMarques C.L., Arruda I.R.S., Santos L.R.L., et al. Titanium Dental Implants: An Overview of Applied Nanobiotechnology to Improve Biocompatibility and Prevent Infections. Materials. 2022 Apr 27;15(9):3150. doi: 10.3390/ma15093150Silva R.C.S., Agrelli A., Andrade A.N., MendesMarques C.L., Arruda I.R.S., Santos L.R.L., et al. Titanium Dental Implants: An Overview of Applied Nanobiotechnology to Improve Biocompatibility and Prevent Infections. Materials. 2022 Apr 27;15(9):3150. doi: 10.3390/ma15093150Valiev R.Z., Prokofiev E.A., Kazarinov N.A., Raab G.I., Minasov T.B., Stráský J. Developing Nanostructured Ti Alloys for Innovative Implantable Medical Devices. Materials. 2020 Jan 1;13(4):967. doi: 10.3390/ma13040967Valiev R.Z., Prokofiev E.A., Kazarinov N.A., Raab G.I., Minasov T.B., Stráský J. Developing Nanostructured Ti Alloys for Innovative Implantable Medical Devices. Materials. 2020 Jan 1;13(4):967. doi: 10.3390/ma13040967Wang Y. Li X., Alexandrov I.V., Ma L., Dong Y., Valiev R.Z., et al. Impact of Equal Channel Angular Pressing on Mechanical Behavior and Corrosion Resistance of Hot-Rolled Ti-2Fe-0.1B Alloy. Materials. 2020 Nov 13;13(22):5117–7. doi: 10.3390/ma13225117Wang Y. Li X., Alexandrov I.V., Ma L., Dong Y., Valiev R.Z., et al. Impact of Equal Channel Angular Pressing on Mechanical Behavior and Corrosion Resistance of Hot-Rolled Ti-2Fe-0.1B Alloy. Materials. 2020 Nov 13;13(22):5117–7. doi: 10.3390/ma13225117Yarygin N.V., Parshikov M.V., Prosvirin A.A., Gur’ev V.V., Govorov M.V., Bosykh V.G., et al. Effect of Morphogenetic Protein BMP-2 on X-Ray Density of Bone Defect in the Experiment. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2020 Feb 1;168(4):574–7. doi: 10.1007/s10517-020-04755-3Yarygin N.V., Parshikov M.V., Prosvirin A.A., Gur’ev V.V., Govorov M.V., Bosykh V.G., et al. Effect of Morphogenetic Protein BMP-2 on X-Ray Density of Bone Defect in the Experiment. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2020 Feb 1;168(4):574–7. doi: 10.1007/s10517-020-04755-3

The authors declare that there are no conflicts of interest present.