Utilization of Corticocancellous Bone Graft, Demineralized Bone Matrix and Synthetic Ceramic Bioglas for Defective Bone Fractures in Rats

مقدمة

ونظام الهيكل العظمي هو هيكل حيوي يوفر الدعم اللازم لحسن أداء أجهزة ونظم الجسم البشري. هذا النظام يتعرض لإصابة متكررة بعوامل بيئية وعوامل بشرية (1)- يمكن أن تتفاوت إصابات النظام الهيكلي من إصابة بسيطة في الأنسجة إلى حالة حادة، مثل الكسور، تبعا لشدة الصدمة (2)علم الأمراض التي تنتج من كسر لا تقتصر على نسيج العظام الأنسجة الناعمة والنظم العضوية المحيطة ستتأثر سلبا (3, 4)العاملان الرئيسيان اللذان يؤثران على عملية الشفاء للكسر هما إمداد الدم واستقرار الكسور (5)ومن المعروف جيداً أن عدة عوامل أخرى تؤثر أيضاً على عملية شفاء كسر العظام، مثل حالة وتشكيل الأنسجة العظمية، وبيريوستيوم، والعضلات/الأنسجة المحيطة. هذه العوامل وظيفة صحية وعلاقتها مع بعضها البعض ستؤثر على معالجة الكسور (6)- تركز الدراسات المتعلقة بشفاء الكسور على تحديد الكسور والعوامل النظامية والمحلية التي تؤثر على الكسور والكهرباء والسمعية للكسر، وتطبيقات الأكسجين المفرطة الضغط. ويحاول كثير من العلماء وضع نُهج جديدة لتحسين فهم عملية معالجة العظام، وضمان معالجة صحية لنظام الهيكل العظمي (5, 7).

الأنسجة العظمية لديها قدرة واسعة على التجديد؛ ويمكنها استعادة هيكلها الأصلي ووظائفها بالكامل (8)غير أنه في بعض الحالات، مثل الصدمة، والعدوى، والكيس، والأورام، قد لا يشفى عيوب العظام تماما. In these situations, the bone defects may need to be replaced with bone grafts to initiate, expedite or facilitate the healing process (9)في هذه الدراسة، تم كسر الأجنحة اليمنى للفئران لتشكل عيباً عظمياً وفي الأسبوع السادس، عولجت الكسور بقطع مختلفة. The histopathological and biomechanical aspects of the different graft treatment were investigated.

المواد والأساليب

تصميم الدراسة

وفي هذه الدراسة التجريبية، حققنا في آثار مختلف مواد الشعاب على عملية معالجة كسور الفئران العسيرة. وقد أجريت الدراسة في مختبرنا للأحياء الحيوانية التجريبية حيث تم الحصول على ما مجموعه 80 جرذان من الذكور ويستار - ألبينو، من مختبر الحيوانات والبحوث التابع للمعهد. وقد وافقت لجنة البحوث والامتحانات التابعة لطب كلية الطب بجامعة مصطفى كمال على الدراسة فيما يتعلق باستخدام الحيوانات التجريبية (25-12-2016 - 2014/11/1). وكان الجرذان ويستار ألبينو من الذكور وأعمارهم أكثر من 12 أسبوعا، وكان وزنها يتراوح بين 280 و 320 غراما (الشكل 1).

المجموعات التجريبية

تم تقسيم الجرذان عشوائياً إلى 4 مجموعات The group-1 was treated with the cancelledlous allograft (TranZgraft, TBI/Tissue International, USA), group-2 was treated with demineralized bone fisheries (DBM) (SureFuse, Hans Biomed Corp., Seoul, Korea), and the group-3 was treated with bioactive glass-ceramic (BonAlive puttyR, BonAlivemate). السيطرة (مجموعة لحم الخنزيرلم يُعامل بأي مادة من الطيف. لم تكن هناك قيود على حمية الجرذان The subjects were kept in the opt rat shelter, at an average of 22^oدرجة حرارة سي و 12 ساعة ضوء 12 ساعة دورة مظلمة أطعمت المواضيع بطعام الجرذان الجاف

وقدم الموظفون المعينون الرعاية والتغذية للمواضيع، وراقبها طبيب بيطري. After 6 weeks, all rats were sacrificed with overdose of ketamine (100mg/kg/ketamine) and cervical dislocation. أزيلت من موقع الشق السابق وخرجت The femurs were kept in a 10% buffer formalin solution until the histopathological and the biomechanical examination.

التقنية الجراحية

وقد حُددت جرعة المخدر منفردة من خلال وزن كل موضوع. وقد طُبِّق المخدِّر التخديري [مجمع 50 ملغم/كغ من كيتامين HCl (Ketalar R, Pfizer, USA) و10 ملغم/كغم من Xylazine (Rompun , Bayer, Turkey)] من البرجين الأيمن داخلي. After the administration of the anesthetic drug, the local area was sterilized with a Betadine scrub (10% povidoneiod, Merkez-Turkey). وقد طُبِّق نظام مضاد للملابس قبل العملية وبعدها (IV 50 mg/kgCefazolin sodium). الجلد تم تطهيره من الجانب الأفقي للسرقة مع شق ثلاثي الأبعاد العضلات تم تطهيرها بفظاعة للكشف عن الفتحة الفخذية The defect was created (2 times the size of the shaft) by cutting the femoral shaft from the middle with a powered saw. وكان الفخذ مثبتاً بعيباً بسلك من نوع كيرشنر عيار 2 ملم (مستحلفاً داخلياً). الجزء من السلك الذي بقي خارجاً تم قطعه بواسطة مزيل وفي مجموعة المراقبة، لم تكن المنطقة المشكّلة ممتلئة بغطاء. In Group-1, the defective fracture was treated with a repeallous (freeze-dried) allograft; in group-2, with demineralized bonemel; and in group-3, with bioactive glass-ceramic. The incision area was washed with 10cc of the sterile saline solution and sutured with a basic suture with a 2/0 silk thread. تم مسح الجرح مع بوفيدون يودين

التقييمات الميكانيكية الحيوية

وفي الخطوة الأولى، أزيلت الأنسجة العضلية تماما من الفخذ، لأن ذلك ضروري لقياس دقيق. الأنسجة الناعمة يمكنها تغيير إعادة تشكيل العظم العظام حاولت وكسرت من خط الكسور الأولي وقد سُجلت القيم الناتجة عن الكسور رقميا. واستبعد جرذان من الدراسة. One rat from the allograft group had osteomyelitis, and another one rat from the glass-ceramic group did not heal and developed an abscess. The bones that were obtained from the sacrificed rats were at once tested with the three-point bending method, at room temperature (23 °C). وأجري هذا الاختبار بإضافة ملحقين إلى هيئة سحب ZWICK/Z100 (Zwick Roell AG, Ulm, Germany). وأُرسلت الفخذان إلى الملحق الأدنى لتوفير قوة الإقراض الأمامية. وكان المدى الفعلي 20 مم. كانت قوة السحب تُطبق بشكل متماثل إلى مركز فخذ الجرذان، على خط الهاتف. وكانت قوة السحب الأولى 0 نيوتن وزادت عند 20 ملم/مين حتى كسرت الفخذ. تم تسجيل الحمولة النهائية عند نقطة الكسور رقميا بواسطة حاسوب

التقييم التاريخي

There were a total of 40 rats that were divided into four groups of 10 rats. وأزيلت الأنسجة الناعمة المحيطة من كل فخذ، وأبقيت الفخذان في حل رسمي محايد بنسبة 10 في المائة لـ 48 ساعة. Subsequently, the specimens were decalcified with a 10% formic acid solution. After one week of decalcification, an auto-technicon was used to dehydrate, clear and embed the femurs in paraffin. The longitudinal sections (5-6 mim) were perpendicular to the fracture line and in close near to the callus. They were later stained with hematoxylin and eosin (HE). مجهر الشرائح المجهزة تم تقييمه من قبل أخصائي علم الأمراض مع مجهر بحثي ثنائي وتم تقييم الشرائح فيما يتعلق بأنسجة الألياف، والنسيج، والعظم الجديد، والمحتوى العظمي الناضج، وفقاً للمقياس الذي أبلغ عنه هوو وآخرون. (10)(Table-1).

التحليل الإحصائي

وتستخدم الوسائل والانحراف المعياري للإبلاغ عادة عن البيانات الموزعة. واتُّفق في بداية التحليل على استبعاد أي متغير يحتوي على 5 في المائة أو أكثر من البيانات المفقودة. The obtained data were analyzed with the SPSS v21 Statistical Package (IBM Inc., Chicago, Illinois, USA), through the Kruskal Wallis analysis. وقارنت المجموعات بزوجين مع اختبار مان ويتني In all the comparisons, a p-value of ET5 was considered significant.

النتائج

Biomechanical Findings

الفخذ الذي تم الحصول عليه من الجرذان الذي تم التضحية به في الأسبوع السادس تم اختباره باختبار ثلاث نقاط (11)- وبعد إزالة المواد الوسيطة الداخلية، كان عدد العينات ذات النزاهة الكافية للاختبار على النحو التالي: 10 فنادق من مجموعة المراقبة، و 9 فنادق من المجموعة 1، و 10 فنادق من المجموعتين 2 و 8 فنادق من المجموعة 3. وترد البيانات المستمدة من الاختبار الميكانيكي البيولوجي في الشكل 3. تشكيلة (كاديوس) في مجموعة التحكم كان معظمها مظهر منتظم The samples of study groups had fibrous curriculum formation, but in some of the samples, this appearance was replaced with cartilage and immature bone formation. وكان متوسط درجات التقييم التاريخي على النحو التالي: 5.51.64 في حالة السيطرة، و 5.622.38 في المجموعة 1، و 6.91.19 في المجموعة الثانية، و 7.41.17 في المجموعة 3. ويرد في الشكل 4 توزيع الدرجات المتخلفة.

وكان هناك فرق كبير بين النتائج المتعاطفة (p=041). وكانت قيمة أزواج المجموعات على النحو التالي: مجموعة المراقبة والمجموعة 1، 0.857؛ ومجموعة المراقبة والمجموعة 2، 0.049؛ ومجموعة المراقبة والمجموعة 3، 0.011؛ والمجموعات 1 و 2، 0.22؛ والمجموعات 1 و 3، 0.087؛ والمجموعات 2 و 3، 0.37. وكشفت التحليلات عن أن الفرق لم يكن كبيرا إلا بين مجموعة المراقبة والمجموعات 2 و 3 (الشكل 5).

المناقشة

وقد وضعت أساليب مختلفة لتحسين عملية معالجة العظام من كسور العظام. The applications that were found to improve bone healing started to be commonly used in clinical practice (12)كما أن هناك تطبيقات رطبة طورت لتحسين عملية الشفاء من الناحية البيولوجية. (13)- تخدم التطبيقات غرضين هامين هما: استبدال العظام المفقودة، وتصحيح تشوهات العظام لاستعادة النزاهة والوظيفة. في دراستنا، خلقنا كسراً معيباً في الفخذ وثبتناه مع التثبيت الداخلي وكان الغرض من ذلك هو مقارنة النتائج الميكانيكية الأحيائية ونتائج التعاطف في العلاجات، بما في ذلك أنواع مختلفة من الشعاب. ونعتقد أن النتائج ستسهم في الممارسات الروتينية التي يقوم بها الجراحون.

وحتى وقت قريب، لا يمكن للجراحين العظميين أن يستخدموا إلا عظمات أوعية أوتوماتيكية أو أزياء لاستبدال العظام أثناء العلاج. يُعتَبَر أنَّ الأوعية العظمية هي المعيار الذهبي لمعاملة العيوب العظمية بسبب انخفاض الاستجابة المناعية (14)غير أن التطورات في تطبيقات هندسة الأنسجة أصبح من الممكن الآن الاختيار بين العديد من الخيارات المختلفة؛ بما في ذلك السيراميك، ومصفوفة العظام المزالة من الغموض، ونخاع العظام، وعوامل النمو الآلية، والرغاوي المركبة. أساس هندسة الأنسجة العظمية هو إيجاد استجابة تؤدي إلى الشفاء في المنطقة التشريحية المرغوبة. The treatment aims to regenerate and repair the bone curriculum through the stimulation of a combination of cells and inducing factors. الهندسة الاصطناعية تحاول تقليد عملية تكوين النسيج الطبيعي للجسد لخلق الأنسجة الحية الوظيفية (15)وهناك عوامل مختلفة تؤثر على هذه العملية، مثل تنوع الخلية في موقع الإصابة، ومستويات عوامل مختلفة (16, 17)- تعتبر الكسور المغلقة أسهل من الشفاء من الكسور المفتوحة، حيث أن الورم الوراثي لم ينزف، وهناك ضرر أقل في الأنسجة الناعمة المحيطة. كما استخدمت الدراسات التجريبية أساليب كسر مغلقة. وفي نموذج الكسور المفتوحة، تستغرق عملية الشفاء وقتا أطول، ومن ثم يسهل تحديد معدل الشفاء بين مختلف الفئات (16) لقد اخترنا في دراستنا تجربة النبذ لكي نكون قادرين على تشكيل عيب العظام و تطبيق الشعاب على خط الكسور وتستعمل الدراسات التجريبية المتعلقة بشفاء العظام نماذج حيوانية مختلفة مثل الكلاب والفئران والأرانب والخراف والخنازير. In general, it can be said that the large animal models are used to develop new devices, and the small animal models are used to better understand the molecular mechanisms and genetics of healing. حقيقة أن معظم الدراسات عن معالجة الكسور قد أجريت على الجرذان (18)قررنا استخدام الفئران المسببة للمرض التي حصلنا عليها من مختبر أبحاث الحيوانات التجريبي في جامعتنا الدراسات عن كسور العظام التي تستخدم الجرذان في معظمها تجريب على التاج أو الفخذ بسبب سهولة التلاعب والتعرض وإعداد الشرائح (19)أيضاً، علم المورفولوجيا لمهرجان ويستار للجرذان مشابه لعالم البشر (20)ومن ثم، يفضل الفئران من نوع ويستار في دراسات معالجة الكسور.

وفي دراسات الكسور المعيبة، يتمثل الغرض في إيجاد فجوة في موقع الكسور من أجل التحقيق في أنشطة مختلف الطرائق، مثل الرذاذ، وعوامل النمو، والهرمونات؛ ومن ثم سد هذه الفجوة. النموذج الأكثر شيوعاً للدراسات التجريبية هو عيوب جمجمة الأرنب والفئران (21, 22)- في عيادتنا، نواجه في الغالب كسور معيبة في العظام الطويلة، التي يتم إصلاحها داخليا أو خارجيا. وفي ضوء الأدبيات، اخترنا العمل مع الفخذ واستخدمنا طريقة التصفير الداخلي التي تقبل كمعيار ذهبي لكسر الفخذ. وبعد تشكيل الكسور العاجز، تم تثبيت العظم بتطبيقات الكمبي المتوسطة التي تبلغ 2 ملم. ومن السهل تطبيق هذه التقنية والحصول على المواد، غير أن هناك هياكل غير صلبة. وقد قبلنا هذا الانتكاس بأن يكون ميزة، لأنه سيوفر بيانات أكثر موثوقية فيما يتعلق بمراقبة شفاء العظام الثانوية، وأن هناك تشكيلا أكثر بروزا في المواصفات غير المسجلة. نظراً لصغر حجم مهرجان الجرذان، فإن معظم الدراسات تختار إصلاحاً داخلياً. بعد التثبيت الداخلي لم يتم إصلاح الفخذ تدرس الدراسات في معظمها عملية الشفاء في الأسبوع السادس (23, 24)وهذا يرجع، في ستة أسابيع، إلى أن الأنسجة العظمية قد حلت محل جهاز الاتصال؛ ويمكن ملاحظة التعدين. وهكذا، اختارنا فحص الكسور في الأسبوع السادس.

وتقدم الأدبيات عدة أساليب مختلفة لدراسة الأنسجة من الناحية النظرية. ألين وآخرون أعطوا الأنسجة علامة من 0 إلى 4، فيما يتعلق بعملية معالجة الأنسجة المنديلية. Huo et al. have given a score from 1 to 10 to determine the cellular changes in the fracture site (10)ويستخدم هذا الجدول الألياف، والنسيج، والأنسجة العظمية الناضجة وغير ناضجة في موقع الشفاء لتحديد درجة الشفاء. وفي دراستنا، استخدمنا جدولاً للتقييم التاريخي وضعه هو وآخرون.

وهناك عدة دراسات تتعلق بآثار مختلف الشعاب على الشفاء. Tiedeman et al. have used the demineralized fisheries in the nonunion tibia fractures of dogs (25)أجري فحصهم التاريخي في 12^th أسبوع بدلاً من 6 أسابيع، وشاهدوا الكثير من التخديرات، مناطق الكروات المحسوبة بالحسابات المعزولة، وتشكيل العظام الجديد من خلال تذبذب الغدد الصماء. بيرنابي وآخرون حققوا في آثار الزجاج النشط الحيوي وكبريتات الكالسيوم على شفاء الجرذان تيبيس (26)على العشرة^th وفي اليوم التالي، لم تكن هناك اختلافات بين أفرقة الدراسة. على 30^th بعد يوم، كان تكوين العظام أكثر بروزاً في مجموعة حاجز الكالسيوم (رابي) و(آل) زرعوا عظماً آلياً متحللاً، و مزيجاً من هاتين العنقتين لمراقبة عملية الشفاء لعظام الأرنب (27)وأفادوا بأن معالجة العظام كانت عن طريق تذبذب الغدد الصنوبرية في جميع المجموعات، وأن الشفاء قد تحسن كثيرا في المجموعة التي استخدمت فيها المادتان معا: فقد زاد مسحوق العظام المزيل للألغام من كل من الموقع المتلقي وغطاء العظام.

وهناك العديد من الدراسات التي تشير إلى أن مصفوفة العظام المزالة لها نتائج مماثلة لطيف العظام الآلي في عدم وجود عظام طويلة وخسائر العظام التي تحدث بسبب الكسور. Tiedeman et al. (28) وقد قارن النخاع العظمي والعلاج المركب من الدي بي إم )١٠ مواد( مع الرهان الآلي من مشاة الياق )٨ مواضيع(. They reported that after a 12-month radiological follow-up, 9 out of 10 patients with the DBM treatment had fully recovered, whereas only 6 out of 8 patients had a complete recovery. DBM is a mixture of bone morphogenic proteins (BMP) and it is immunogenic. تم الحصول على خلائط BMP من مستخرجات العظام النقية. استخدم جونسون وآخرون مركباً بشرياً من طراز BMP-DBM لمعالجة 25 مريضاً من غيرهم مقاومة مع عيوب جزئية أو كاملة (29)- كان متوسط المتابعة 21 شهرا (5-82 شهرا). وحصلوا على 14 نتيجة مثالية وخمسة نتائج جيدة وخمسة نتائج معتدلة. Amorosa et al. have compared the physiological load on the callus curriculum following the application of allograft, autograft, and scaffolding to the rat femur segmental defective fracture (9)ووجدوا أن النتائج الميكانيكية الحيوية مختلفة بين المجموعات. The rats were divided into four groups, and it was observed that the biomechanical results of the autograft and the allograft groups were better than those of the scaffold. وفي دراستنا، قارننا نتائجه المتعاطفة والميكانيكية الأحيائية لمختلف المواد الشحومية: النسيج المجمّد، مصفوفة العظام المدمّرة، والعظام الزجاجية النشطة أحيائيا.

وفي هذه الدراسة، جرى قياس وتسجيل البيانات الميكانيكية الأحيائية التي تم الحصول عليها من اختبار الإقراض ذي النقاط الثلاث رقميا. The control and study groups were not found to be significantly different. غير أن الأنسجة المنبوذة لوحظت على نطاق واسع؛ وكانت البيانات أعلى في فريق الدراسة، مما يدل على الأثر الإيجابي لاستخدام الرذاذ في عملية معالجة العظام المعيبة. ونعتقد أن إجراء دراسة مع إطالة فترات الشفاء قد يسفر عن نتائج هامة. رأينا أن نسيج عظام غير ناضج قد تطور في جميع الفئات باستثناء مجموعة التحكم وفي مجموعة المراقبة، كانت النسيج المتحرك والألياف موجودة في أجزاء متساوية تقريبا. وكشفت مقارنة النتائج والسجلات الأثرية عن وجود فرق كبير بين مجموعة المراقبة وجماعات الرعي. وسجلات المجموعات العائمة المختلفة تختلف أيضا فيما بينها. وقد يعزى هذا الفرق إلى اختلاف معدلات الشفاء الناجمة عن التثبيت غير المسجل. ومع ذلك، فإن الفرق الكبير بين مجموعة المراقبة وجماعات الرعي يشير إلى أن هذه المواد تحسن عملية الشفاء.

The limitation of this study is the lack of radiographic way. وقد قيّمت دراسات مماثلة قياسات من الناحية الإشعاعية، مثل حالة الرشوة، وخط الكسور، وسادة جهاز الاتصال. وبما أننا نعتقد أن هذه البارامترات قد تؤدي إلى أخطاء في القياس، لم ندرج في دراستنا.

خاتمة

وقد تبين لنا في دراستنا أن وجود مصفوفة عظمية مزيلة من الغموض، وعنقية زجاجية ناشطة أحيائية لم يحسن القوة الميكانيكية الأحيائية للعظم المكسور؛ ومع ذلك، تشير النتائج المتعاطفة إلى أن هذه الطعالب تحسن عملية الشفاء. وتشير هذه النتائج إلى أن مواد الرعي يمكن أن تحل محل الأورام، عندما تؤدي الأورام إلى الاعتلال في موقع المانحين أو حيث لا يمكن الحصول على ما يكفي من المواد بسبب فقدان العظام الهائل. ونأمل أن تسفر نتائج المتابعة الطويلة الأجل لهذه المواد عن نتائج أكثر جدوى.