Ortopedik implantların uzunmüddətli uğuru implant səthi ilə onu əhatə edən sümük toxuması arasında erkən dövrdə qurulan bioloji və mexaniki əlaqədən asılıdır. Bu proses adətən osseointeqrasiya adlandırılır. Osseointeqrasiya implantın yalnız sümüyə fiziki təmas etməsi deyil; sümük hüceyrələrinin implant səthinə yapışması, çoxalması, diferensiasiyası, hüceyrədənkənar matriks istehsal etməsi və zamanla implant ətrafında daha sabit sümük–implant interfeysinin yaranması deməkdir.

Tədqiqatın çıxış nöqtəsi əhalinin yaşlanması ilə birlikdə daha davamlı ortopedik implantlara ehtiyacın artmasıdır. Bud, diz, onurğa və ya travma cərrahiyyəsində istifadə olunan implantların uzunmüddətli uğuru üçün implant materialının və səth quruluşunun sümük tərəfindən erkən mərhələdə necə qarşılandığını anlamaq lazımdır. Bu sualı birbaşa canlı heyvan modellərində araşdırmaq etik, bioloji və maliyyə baxımından məhduddur. Sadə hüceyrə kulturası sistemləri isə sümüyün təbii üçölçülü quruluşunu, hüceyrə–matriks münasibətlərini və mexaniki xüsusiyyətlərini kifayət qədər əks etdirmir.

Buna görə tədqiqatçılar ex vivo sümük orqan modeli adlanan aralıq platformadan istifadə ediblər. Ex vivo model canlı orqanizmdən çıxarılmış toxumanın laboratoriya şəraitində bir müddət canlılığını qoruyaraq tədqiq edilməsi deməkdir. Belə model klassik ikiölçülü hüceyrə kulturasından daha realdır; çünki toxumanın təbii trabekulyar arxitekturası, sümük matriksi və hüceyrələrin öz mühiti böyük ölçüdə qorunur. Eyni zamanda canlı heyvan təcrübəsi ilə müqayisədə daha nəzarətli, daha standartlaşdırıla bilən və etik baxımdan daha məhdud yanaşmadır.

Bu tədqiqatda istifadə olunan model mal-qara sümüyünə əsaslanır. Tədqiqatçılar mal-qara sümük toxumasını yerli kəsimxanadan qida sənayesinin yan məhsulu kimi əldə ediblər. Etik bəyanata görə bu tədqiqat üçün xüsusi olaraq heyvan öldürülməyib və canlı heyvan təcrübəsi aparılmayıb. Bu məqam vacibdir; çünki tədqiqat implant araşdırmalarında heyvan təcrübələrini azaltmağa kömək edə biləcək preklinik test platforması hazırlamağı hədəfləyir.

Tədqiqatın əsas elmi problemi budur: Dinamik mexaniki yükləmə implantla təmas edən sümük toxumasında erkən osseointeqrasiyanı artırırmı? Sümük mexaniki stimullara həssas toxumadır. Gündəlik həyatda yerimə, basma, əzələ dartısı və yükdaşıma kimi mexaniki təsirlər sümük hüceyrələri tərəfindən hiss olunur. Bu qavrama prosesinə mexanotransduksiya (mechanotransduction) deyilir. Mexanotransduksiya sayəsində sümük üzərinə düşən yüklərin istiqamətinə və böyüklüyünə görə özünü yenidən qurur. Buna görə implant tədqiqatlarında yalnız materialı deyil, materialla sümük arasındakı mexaniki mühiti də modelləşdirmək lazımdır.

Tədqiqatçılar əvvəllər statik mexaniki yükləmə altında istifadə olunan sümük orqan modeli konsepsiyasını inkişaf etdirərək bu dəfə dinamik sıxılma yükləməsini əlavə ediblər. Məqsəd sümüyün fizioloji mühitini daha yaxşı təqlid etməkdir. İnsan bədənində sümük yalnız sabit qüvvəyə məruz qalmır; ritmik, təkrarlanan və müxtəlif böyüklükdə mexaniki stimullar alır. Bu tədqiqatdakı dinamik yükləmə də bu fikri sadələşdirilmiş laboratoriya quruluşunda təmsil etməyə çalışır.

Tədqiqatda iki müstəqil eksperimental iş aparılıb. Hər eksperimental işdə 16 sümük silindri hazırlanıb, ümumilikdə 32 sümük silindri kulturaya alınıb. Dörd qrup yaradılıb: birinci qrup davamlı statik yüklə birlikdə gündəlik dinamik yükləmə alıb; ikinci qrup davamlı statik yüklə birlikdə həftəlik dinamik yükləmə alıb; üçüncü qrup yalnız statik yük altında saxlanılıb; dördüncü qrup isə mexaniki yük tətbiq edilməyən nəzarət qrupudur. Bu dizayn dinamik stimul tezliyinin və statik yükün təsirini müqayisə etməyə imkan verir.

Sümük nümunələri mal-qara femurundan hazırlanıb. Silindrlər 16 mm diametr və 5 mm hündürlükdə standartlaşdırılıb. Bundan əlavə, hər sümük silindrinin ortasında 6 mm diametrli mərkəzi kanal açılıb. Bu kanalın məqsədi kultura mühitindəki qida maddələrinin və oksigenin sümüyün daxili bölgələrinə daha yaxşı çatmasını təmin etməkdir. Trabekulyar sümük sıx və üçölçülü quruluşa malik olduğuna görə laboratoriya kulturasında əsas problemlərdən biri toxumanın daxili hissələrində qida və oksigen diffuziyasının məhdud qalmasıdır.

Bu diffuziya problemi tədqiqatın həm güclü, həm də məhdudlaşdırıcı tərəflərindən biridir. Mərkəzi kanal modeli yaxşılaşdırsa da, Live/Dead boyama nəticələri canlı hüceyrələrin xüsusilə sümük səthi, implant təmas sahəsi və mərkəzi kanal ətrafında cəmləşdiyini göstərib. Bu, daha dərin bölgələrdə qida daşınmasının hələ də məhdud ola biləcəyini düşündürür. Tədqiqatçılar da gələcəkdə perfuziya əsaslı kultura sistemlərinin əlavə edilməsinin modelin fizioloji reallığını artıra biləcəyini qeyd ediblər.

Modelin texniki dizaynı diqqətçəkəndir. Tədqiqatda xüsusi 3D çap hissələrindən istifadə olunub: sümük tutucular, yükləmə stampı, petri qabı platformaları, ara hissələr və Mach-1™ mexaniki sisteminə qoşulmanı təmin edən montaj elementləri. Şəkil 1-də bu modelin komponentləri ətraflı göstərilir: petri qabının qapağı, əlavə istehsalla hazırlanmış yükləmə stampı, titan implant, sümük silindri, xüsusi tutucu, alt petri qabı, ara hissə, kvadrat petri qabı və sistemi mexaniki yükləmə cihazına bərkidən qoşulma aparatı. Bu cür standartlaşdırılmış hissələr hər nümunənin oxşar mövqedə və oxşar mexaniki şəraitdə saxlanmasını təmin edir.

Şəkil 2 sümük tutucunun kompüter dəstəkli dizayndan 3D çapla hazırlanmış son məhsula çevrilməsini göstərir. Bu vizual tədqiqatın yalnız bioloji eksperiment deyil, eyni zamanda mühəndislik yönü güclü model inkişaf etdirmə işi olduğunu göstərir. Sümük silindrinin və implantın laboratoriya şəraitində sabit, təkrarlana bilən və yüklənə bilən formada saxlanması əldə edilən nəticələrin etibarlılığı üçün kritikdir.

Tədqiqatda istifadə olunan titan implantlar Ti6Al4V ərintisindən hazırlanıb. Bu ərinti təxminən %90 titan, %6 alüminium və %4 vanadium ehtiva edir. İmplantlar elektron şüa əridilməsi (electron beam melting, EBM) üsulu ilə istehsal olunub. İki müxtəlif məsaməli arxitektura qiymətləndirilib: wurtzite və diamond strukturlar. Hər iki implant tipi 15 mm diametr və 2 mm hündürlükdədir. Bu məsaməli strukturların məqsədi sümük hüceyrələrinin implant səthinə yapışması və səth boyunca yayılması üçün uyğun üçölçülü topoqrafiya yaratmaqdır.

İmplant arxitekturası osseointeqrasiya baxımından vacibdir; çünki məsamə ölçüsü, strut qalınlığı və səth kobudluğu zülal adsorbsiyasına, hüceyrə yapışmasına və hüceyrələrin səth boyunca yayılmasına təsir edə bilər. Tədqiqatda diamond implantların məsamə ölçüsü wurtzite implantlardan əhəmiyyətli dərəcədə böyük, strut eni isə əhəmiyyətli dərəcədə kiçik olub. Diamond implantlarda orta məsamə ölçüsü 0,81 ± 0,06 mm, strut eni 0,32 ± 0,04 mm ölçülüb. Wurtzite implantlarda isə orta məsamə ölçüsü 0,64 ± 0,09 mm, strut eni 0,37 ± 0,04 mm olub. Hər iki fərq üçün p < 0,0001 bildirilib.

Səth kobudluğu baxımından isə əhəmiyyətli fərq tapılmayıb. Diamond implantlarda Sa dəyəri 1,37 ± 0,62 µm, wurtzite implantlarda 1,59 ± 0,77 µm ölçülüb; p dəyəri 0,24-dür. Bu nəticə iki implant arxitekturasının həndəsi məsamə quruluşu baxımından fərqləndiyini, lakin səth kobudluğu baxımından aydın ayrılmadığını göstərir. Bu fərq vacibdir; çünki hüceyrə cavabını şərh edərkən səth kobudluğundan çox makro/mikro arxitektura fərqlərinin rolunu düşünmək lazımdır.

Dinamik mexaniki yükləmə Mach-1™ mikromexaniki sistemlə tətbiq olunub. Dinamik yükləmə qrup 1 və 2-də olan sümük silindrlərinə tətbiq edilib. Sistem yerdəyişmə nəzarətli rejimdə işlədilib, 1 Hz tezlikdə 300 dövrəli sinusoidal sıxılma profili istifadə olunub. Tətbiq olunan qüvvənin hədəf diapazonda saxlanması üçün sinusoidal yerdəyişmə amplitudası eksperiment boyunca tənzimlənib. Nəticələrdə qrup 1 üçün tətbiq olunan qüvvənin 19,5–21,8 N, qrup 2 üçün isə 19,8–20,9 N diapazonunda qaldığı və hədəf dəyər ətrafında saxlandığı bildirilib.

Tədqiqatda istifadə olunan sinusoidal sıxılma məntiqi izah məqsədilə aşağıdakı əsas əlaqə ilə başa düşülə bilər:

\[ x(t) = A \sin(2\pi f t) \]

Burada x(t) zamandan asılı yerdəyişməni; A sinusoidal yerdəyişmə amplitudasını; f yükləmə tezliyini; t zamanı ifadə edir. Bu düstur tədqiqatda açıq şəkildə çıxarılmış tənlik deyil; dinamik yükləmənin niyə “sinusoidal” adlandırıldığını izah etmək üçün verilən əsas mexaniki əlaqədir. Tədqiqatda tezlik f = 1 Hz olaraq tətbiq olunub. Yəni sistem saniyədə bir sıxılma dövrü yaradacaq şəkildə işlədilib.

Statik yük üçün qrup 1–3-də hər sümük silindrinə 5 N ekvivalentində davamlı sıxılma tətbiq olunub. Bu, implantla sümük arasındakı təmasın qorunmasını və mikro səviyyədə həddindən artıq hərəkətin azaldılmasını məqsəd qoyur. Osseointeqrasiya kontekstində mikromotion, yəni implantla sümük arasında arzuolunmaz kiçik hərəkətlər fibröz toxuma yaranmasını artıra və sümük inteqrasiyasına mənfi təsir göstərə bilər. Buna görə statik təmasın qorunması model baxımından biomekanik olaraq məntiqlidir.

Şəkil 8 dinamik yükləmə boyunca sinusoidal amplitudanın zamanla dəyişməsini göstərir. Gündəlik dinamik yükləmə qrupunda amplituda 0,380 mm ilə 0,158 mm arasında, həftəlik dinamik yükləmə qrupunda isə 0,242 mm ilə 0,170 mm arasında dəyişib. Hər iki qrupda amplitudanın ümumilikdə zamanla azalma meyli göstərməsi sistemin eyni qüvvə səviyyəsini qorumaq üçün toxuma/quruluş sərtliyindəki dəyişikliklərə uyğunlaşdığını düşündürür. Qrup 1-də müəyyən günlərdə müvəqqəti artımlar müşahidə olunub. Bu detal ex vivo mexaniki yükləmə sistemlərinin nə qədər həssas olduğunu və kultura mühitindəki kiçik dəyişikliklərin belə mexaniki parametrlərə təsir edə biləcəyini göstərir.

Sümük canlılığının kəmiyyətcə qiymətləndirilməsində alamarBlue testi istifadə olunub. Bu test metabolik aktiv hüceyrələrin resazurini reduksiya etmə qabiliyyətinə əsaslanır. Sadə şəkildə desək, canlı və metabolik aktiv hüceyrələr daha güclü flüoressensiya siqnalı yaradır. Tədqiqatda ölçmələr 0, 1, 2, 7, 14 və 21. günlərdə aparılıb və sümük silindrinin çəkisinə görə normallaşdırılıb.

alamarBlue nəticələrində bütün qruplarda ilk iki gün ərzində metabolik aktivlik azalıb, 7. gündən etibarən isə əhəmiyyətli artım müşahidə olunub. Bu ilkin azalma sümüyün çıxarılması, kəsilməsi, deşilməsi, kulturaya yerləşdirilməsi və başlanğıc hipoksiya/stres təsirləri ilə uyğun şərh edilib. 7. gündən sonra görünən artım isə toxumanın kultura şəraitinə uyğunlaşdığını və metabolik aktiv hüceyrə populyasiyasının davam etdiyini göstərir. Pooled analizdə bütün qruplarda 7. gündən etibarən əhəmiyyətli artım bildirilib; ən az p < 0,001 səviyyəsindədir.

Lakin mexaniki yükləmə qrupları arasında heç bir analiz günündə əhəmiyyətli fərq tapılmayıb. Başqa sözlə, gündəlik dinamik yükləmə, həftəlik dinamik yükləmə, yalnız statik yükləmə və yük tətbiq edilməyən nəzarət arasında metabolik aktivlik baxımından aydın üstünlük müəyyən edilməyib. Bu nəticə tədqiqatın hipotezi baxımından vacibdir; çünki dinamik yükləmənin canlılığı və ya erkən osseointeqrasiyanı aydın şəkildə artıracağı gözləntisi dəstəklənməyib.

Live/Dead boyama nəticələri sümük toxuması və implant səthlərində hüceyrə canlılığının keyfiyyətcə qiymətləndirilməsinə imkan verib. Gün 0 nümunələrində canlı olmayan hüceyrələrin dominant olduğu, 21 gündən sonra isə bütün qruplarda canlılığın artdığı görülüb. Xüsusilə implant təmas səthi və mərkəzi dəlik ətrafında canlı hüceyrələr daha aydın olub. Bu paylanma qida və oksigen daşınmasının səthdən və mərkəzi kanaldan daha effektiv olduğunu, daha dərin hissələrdə isə diffuziyanın məhdud qala biləcəyini göstərir.

Şəkil 10 21. gündə üfüqi implant–sümük interfeysindəki Live/Dead flüoressensiya görüntülərini müqayisə edir. Qruplar arasında aydın keyfiyyət fərqi bildirilməyib. Bu görüntülər modelin ümumilikdə hüceyrə canlılığını qoruduğunu, lakin canlılıq paylanmasının regional olduğunu göstərir. Bu nəticə modelin işlədiyini, amma perfuziya kimi əlavə sistemlərlə daha da inkişaf etdirilə biləcəyini düşündürür.

İmplant səthlərində hüceyrə xaricə böyüməsi də tədqiqatın əsas mövzularından biridir. Live/Dead boyama 21 gün sonunda bütün eksperimental implantlarda sümük hüceyrələrinin xaricə böyüdüyünü göstərib. Mənfi nəzarətlərdə hüceyrə görülməyib. Sümüklə birbaşa təmas edən implant səthləri demək olar ki, tamamilə canlı hüceyrələrlə örtülüb; daha dərin məsamə bölgələrində də canlı hüceyrələr müşahidə edilib. Sümüklə təmas etməyən əks səthlərdə hüceyrə sıxlığı daha aşağı olsa da, canlı hüceyrə örtüyü yenə mövcud olub.

Bu tapıntı implant səthlərinin sümükdən çıxan hüceyrələr tərəfindən kolonizasiya edilə bildiyini göstərir. Osseointeqrasiyanın erkən mərhələləri üçün bu vacib göstəricidir; çünki implant səthinə hüceyrə yapışması sonrakı matriks istehsalı və sümük interfeysinin yaranması üçün ilk addımlardan biridir. Lakin tədqiqat bu hüceyrə xaricə böyüməsinin dinamik yükləmə qruplarında əhəmiyyətli dərəcədə daha çox olduğunu göstərməyib.

Histoloji analizdə Giemsa ilə boyanmış Technovit kəsiklərindən istifadə olunub. Osteosit olan lakunalar və boş lakunalar sayılıb. Osteositlər sümük toxumasında lakuna adlanan kiçik boşluqlarda yerləşən yetkin sümük hüceyrələridir. Osteosit olan lakunaların çox olması sümük toxumasında canlı hüceyrə varlığının qorunduğunu düşündürür. Tədqiqatda bütün qruplarda osteosit olan lakunalar boş lakunalardan çox olub. Bu, 21 günlük kultura müddətində sümük canlılığının histoloji olaraq da davam etdiyini dəstəkləyir.

Lakuna sıxlığının əsas normallaşdırma məntiqi belə izah oluna bilər:

\[ \text{Lakün yoğunluğu} = \frac{\text{Lakün sayısı}}{\text{Trabeküler kemik alanı}} \]

Burada lakuna sayı müəyyən mikroskopik maraq sahəsində sayılan osteositli və ya boş lakunaları; trabekulyar sümük sahəsi isə mm² ilə analiz edilən sümük sahəsini ifadə edir. Bu düstur tədqiqatdakı sayım yanaşmasını aydınlaşdırmaq üçün verilib. Tədqiqatda lakunalar trabekulyar sümük sahəsinə görə normallaşdırılıb; beləliklə, müxtəlif kəsiklərdə sümük sahəsi dəyişkənliyinin təsirini azaltmağa çalışılıb.

Şəkil 12-də lakuna sayımları göstərilir. Qrup 3, yəni yalnız statik yükləmə qrupu həm osteosit olan, həm də boş lakunalarda ən yüksək dəyərlərə malik görünür; qrup 4, yəni yük tətbiq edilməyən nəzarət boş lakuna sayında ən aşağı dəyəri göstərib. Lakin bu fərqlər statistik olaraq əhəmiyyətli deyil. Bundan əlavə, xüsusilə qrup 3-də yüksək dəyişkənlik var. Buna görə histoloji nəticələr yükləmə şərtləri arasında etibarlı üstünlük göstərmir.

Trabekulyar sümük arxitekturası µCT ilə qiymətləndirilib. İstifadə olunan əsas parametr sümük həcm fraksiyası, yəni BV/TV-dir. Tədqiqatda BV/TV segmentləşdirilmiş sümük həcminin ümumi maraq həcminə nisbəti kimi təyin edilib. Bu əlaqə belə yazıla bilər:

\[ BV/TV(\%) = \frac{BV}{TV} \times 100 \]

Burada BV sümük həcmini (bone volume), TV ümumi həcmi (total volume), BV/TV isə faizlə sümük həcm fraksiyasını ifadə edir. BV/TV trabekulyar sümük quruluşunun nə qədər dolu və ya sıx olduğunu göstərən vacib morfometrik parametrdir və sümük möhkəmliyi ilə əlaqələndirilə bilər.

µCT analizində qruplar arasında əhəmiyyətli fərq tapılmayıb. Gündəlik dinamik yükləmə qrupu ən yüksək orta BV/TV dəyərini göstərib, gün 0 nəzarət qrupu isə ən aşağı dəyərlərə malik olub. Lakin fərq əhəmiyyətli olmadığı üçün “gündəlik dinamik yükləmə trabekulyar sümüyü artırdı” nəticəsi çıxarıla bilməz. Daha doğru ifadə gündəlik dinamik yükləmə altında daha yüksək BV/TV istiqamətində əhəmiyyətli olmayan meyl müşahidə edilməsidir.

Şəkil 13-də müxtəlif trabekulyar həll səviyyələrini göstərən µCT rekonstruksiyaları və BV/TV müqayisəsi yer alır. Görüntülər 21 gün sonunda trabekulyar sümük arxitekturasının böyük ölçüdə qorunduğunu göstərir. Lakin segmentasiya həssaslığı və nümunələrarası heterogenlik BV/TV ölçmələrinin dəyişkənliyinə töhfə vermiş ola bilər. Bu, ex vivo sümük modellərində tez-tez rast gəlinən çətinlikdir; çünki hər sümük silindri eyni heyvandan götürülsə belə, mikroarxitektura tam eyni olmur.

Osteogen markerlər baxımından ALP və osteokalsin immunoflüoressensiya boyamaları aparılıb. ALP osteoblast aktivliyi və erkən osteogen diferensiasiya ilə əlaqəli marker sayılır. Osteokalsin isə daha yetkin osteoblast/sümük matriksi yaranması kontekstində qiymətləndirilə bilər. Lakin tədqiqatda ALP və osteokalsin siqnalları bütün eksperimental qruplarda görülsə də, ikincili anticisim nəzarətlərində də oxşar flüoressensiya siqnalları müşahidə olunub. Bu vəziyyət qeyri-spesifik fon boyamasının şərhi məhdudlaşdırdığını göstərir.

Buna görə tədqiqat ALP və osteokalsin nəticələrindən qrupa bağlı güclü nəticə çıxarmayıb. Bu çox vacib elmi dürüstlük məqamıdır. Görüntüdə flüoressensiyanın olması təkbaşına etibarlı bioloji fərq demək deyil; nəzarətlərdə də siqnal varsa, siqnalın nə qədərinin həqiqi marker ifadəsi, nə qədərinin fon boyaması olduğu diqqətlə ayrılmalıdır. Tədqiqatın bu məsələdə ehtiyatlı olması düzgündür.

LV-SEM analizi implant səthlərində hüceyrə morfologiyasını göstərib. 21 gün sonunda bütün mexaniki yükləmə qruplarındakı implantlarda hüceyrə xaricə böyüməsi müəyyən edilib. Hüceyrələr əsasən uzanmış morfologiya göstərib və implant səthində bir-biri ilə əlaqəli şəbəkəyəbənzər təbəqələr yaradıb. Bəzi bölgələrdə hüceyrə təbəqələrində qopmalar görülüb. Mənfi nəzarət implant səthində hüceyrə müşahidə edilməyib. Bu nəticə implant səthinə hüceyrə yapışmasının və səth boyunca yayılmasının modeldə uğurla baş verdiyini dəstəkləyir.

Tədqiqatın keçmiş baxımından əhəmiyyəti sümük–implant qarşılıqlı təsirini daha real, lakin etik baxımdan daha məhdud eksperimental platformada öyrənmək axtarışına töhfə verməsidir. Ənənəvi hüceyrə kulturası implant səthinə hüceyrə yapışmasını göstərə bilər; lakin real sümük toxumasının trabekulyar quruluşunu, osteosit lakunalarını, hüceyrə–matriks münasibətlərini və mexaniki mühitini kifayət qədər təmsil etmir. Canlı heyvan modelləri daha bütöv olsa da, etik məhdudiyyətlər, növlərarası fərqlər və eksperimental nəzarət çətinlikləri daşıyır. Bu tədqiqat bu iki ucu arasında yerləşən orqan modeli hazırlayır.

Bu gün baxımından əhəmiyyəti implant biomateriallarının və səth arxitekturalarının ilkin qiymətləndirilməsində daha təkrarlana bilən, nəzarətli və çoxmetodlu analiz aparıla bilən sistem təqdim etməsidir. Tədqiqatda eyni model daxilində metabolik aktivlik, canlılıq boyaması, histologiya, µCT, immunoflüoressensiya və SEM tətbiq olunub. Bu multimodal qiymətləndirmə tək bir ölçüyə əsaslanmaq əvəzinə sümük–implant interfeysini müxtəlif tərəflərdən öyrənməyə imkan verir.

Gələcək baxımından tədqiqat perfuziya əsaslı kultura sistemləri ilə mexaniki yükləmənin birləşdirilməli olduğunu düşündürür. Çünki mexaniki stimul toxumanın metabolik ehtiyacını artıra bilər; lakin damar şəbəkəsi olmayan ex vivo toxumada oksigen və qida daşınması məhdud qalır. Əgər dinamik yükləmə sümüyü “işləməyə” təşviq edir, amma kifayət qədər qida və oksigen təmin olunmursa, osteogen cavab gözlənilən səviyyədə yaranmaya bilər. Buna görə yalnız yükü artırmaq deyil, toxumanın qidalanmasını və tullantıların uzaqlaşdırılmasını da yaxşılaşdırmaq lazımdır.

Gündəlik həyata təsir baxımından bu tədqiqat birbaşa xəstələrə tətbiq olunan müalicə və ya implant dizaynı təqdim etmir. Lakin uzunmüddətli perspektivdə daha davamlı ortopedik implantların hazırlanmasına töhfə verə biləcək test sistemlərini yaxşılaşdırmağı hədəfləyir. Daha yaxşı preklinik modellər implant səthlərinin, məsaməli arxitekturaların və mexaniki mühitin sümük inteqrasiyasına necə təsir etdiyini daha erkən mərhələdə qiymətləndirməyə kömək edə bilər. Bu da gələcəkdə daha etibarlı implant dizaynlarının hazırlanmasına dolayı töhfə verə bilər.

Tədqiqatın güclü tərəfləri arasında standartlaşdırılmış sümük silindri həndəsəsi, 3D çaplı xüsusi tutucu sistemlər, nəzarətli statik və dinamik mexaniki yükləmə, 21 günlük kultura müddəti, multimodal analiz yanaşması və qida sənayesinin yan məhsulu olan mal-qara sümüyünün istifadəsi var. Bu xüsusiyyətləri ilə model həm biomaterial testləri, həm də mexanobiologiya tədqiqatları üçün faydalı platforma namizədidir.

Məhdudiyyətləri isə ən az nəticələri qədər vacibdir. Birincisi, modeldə damar şəbəkəsi yoxdur; buna görə oksigen və qida diffuziyası xüsusilə sümük silindrinin mərkəzində məhduddur. İkincisi, tətbiq olunan mexaniki yükləmə parametrləri sümükdə aydın anabolik cavab yaratmaq üçün kifayət etməmiş ola bilər. Müəlliflər bunu mexanobioloji “lazy zone” ehtimalı ilə müzakirə edirlər; yəni yük sümük hüceyrələrini güclü adaptasiya cavabına aparacaq həddən aşağı qalmış ola bilər. Üçüncüsü, analizlərin çoxu son nöqtə ölçmələridir; eyni nümunənin zaman daxilində zədələnmədən izlənməsi məhduddur. Dördüncüsü, ALP və osteokalsin boyamalarında fon siqnalı şərhi çətinləşdirib. Beşincisi, mal-qara toxumasından əldə olunan nəticələr birbaşa insan sümüyünə köçürülməməlidir.

Tədqiqatın dediyi budur: Tədqiqatçılar titan implantlarla birlikdə kultura edilə bilən, 21 gün ərzində canlılığını və trabekulyar quruluşunu qoruyan, statik və dinamik yükləmə tətbiq edilə bilən mal-qara ex vivo sümük orqan modeli qurublar. Modeldə bütün qruplarda implant səthlərində canlı hüceyrə xaricə böyüməsi müşahidə olunub. Tətbiq olunan dinamik yükləmə rejimləri isə bu eksperimental şəraitdə statistik olaraq əhəmiyyətli osteogen və ya osseointeqrasiya üstünlüyü yaratmayıb.

Tədqiqatın demədiyi də aydındır. Bu tədqiqat dinamik yükləmənin osseointeqrasiyaya heç bir şəraitdə təsirsiz olduğunu sübut etmir. Yalnız bu modeldə, bu müddətdə və bu qüvvə/tezlik/dövr kombinasiyasında əhəmiyyətli fərq tapılmadığını göstərir. Həmçinin bu tədqiqat insan xəstələrdə implant uğurunu, klinik yaxşılaşmanı, protez ömrünü və ya cərrahi nəticələri birbaşa sübut etmir. Bu preklinik model inkişaf etdirmə tədqiqatıdır və klinik tətbiq iddiası daşımır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Tədqiqatın metod quruluşu sümük–implant interfeysini nəzarətli ex vivo şəraitdə öyrənmək üçün hazırlanmış çoxmərhələli eksperimental platformaya əsaslanır. Mal-qara femurundan standart sümük silindrləri hazırlanıb, hər silindr məsaməli titan implantla birləşdirilib və müxtəlif mexaniki yükləmə şəraitində 21 gün kultura olunub.

Tədqiqatdakı dörd mexaniki yükləmə qrupu belə xülasə edilə bilər:

Dinamik yükləmənin izahlı riyazi qarşılığı aşağıdakı əsas sinusoidal əlaqə ilə başa düşülə bilər:

\[ x(t) = A \sin(2\pi f t) \]

Burada x(t) zamandan asılı yerdəyişməni, A yerdəyişmə amplitudasını, f tezliyi və t zamanı ifadə edir. Tədqiqatda dinamik yükləmə 1 Hz tezlik və 300 dövr ilə tətbiq olunub. Bu düstur tədqiqatda istifadə olunan sinusoidal sıxılma profilini oxucuya izah etmək üçün verilən əsas mexaniki izahdır.

µCT analizində sümük həcm fraksiyası belə ifadə oluna bilər:

\[ BV/TV(\%) = \frac{BV}{TV} \times 100 \]

Burada BV sümük həcmi, TV ümumi analiz həcmi, BV/TV isə trabekulyar sümük həcm fraksiyasıdır. Tədqiqatda bu parametr mexaniki yükləmə qrupları arasında trabekulyar quruluşun qorunub-qorunmadığını qiymətləndirmək üçün istifadə olunub.

Tədqiqatın nəticələri birlikdə qiymətləndirildikdə, modelin əsas uğuru dinamik yükləmənin əhəmiyyətli osteogen təsir yaratmasından daha çox, sümük toxumasını 21 gün canlı və analiz edilə bilən vəziyyətdə saxlaya bilməsidir. Bu müddətdə metabolik aktivlik qorunub, trabekulyar quruluş böyük ölçüdə saxlanılıb və implant səthlərində canlı hüceyrə xaricə böyüməsi müşahidə olunub. Buna görə model implant biomateriallarının preklinik qiymətləndirilməsi və mexanobioloji tədqiqatlar üçün faydalı platforma kimi qiymətləndirilə bilər.

Lakin tətbiq olunan dinamik yükləmə parametrləri bu eksperimental quruluşda aydın osseointeqrasiya artımı göstərməyib. Bu nəticə dinamik yükləmənin bioloji baxımdan əhəmiyyətsiz olduğu demək deyil; daha çox seçilmiş qüvvə böyüklüyü, tezlik, dövr sayı, yükləmə müddəti, toxuma ölçüsü və qida daşınması şərtlərinin kifayət qədər osteogen cavab yaratmamış ola biləcəyini düşündürür. Tədqiqatçıların təklif etdiyi kimi gələcəkdə perfuziya sistemləri, fərqli yükləmə parametrləri, daha uzun kultura müddətləri və zaman ərzində təkrarlanan zədəsiz analiz üsulları modelə əlavə edilməlidir.

Mənbə və Metod Qeydi

Bu məqalə Coralie Nagels, Bianca Riedel, Sunil Shetty, Hagen Schmal, Martin P. Pichotka, Ralf Thomann və Michael Seidenstuecker tərəfindən hazırlanmış “The Role of Dynamic Mechanical Loading in Early Implant Osseointegration Using a Bovine Ex Vivo Bone Organ Model” başlıqlı tədqiqat əsasında hazırlanıb.

Mənbə mətn preprint tədqiqat məqaləsidir və mətndə açıq şəkildə “This preprint research paper has not been peer reviewed” ifadəsi yer alır. Buna görə tədqiqat hakəm rəyindən keçməyib. Nəticələr klinik tətbiq tövsiyəsi və ya implant uğuru zəmanəti kimi deyil, nəzarətli ex vivo model inkişaf etdirmə və qiymətləndirmə tədqiqatının nəticələri kimi oxunmalıdır.

Tədqiqat canlı heyvan təcrübəsi deyil. Mal-qara sümük toxuması qida sənayesinin yan məhsulu kimi yerli kəsimxanadan əldə olunub. Bu tədqiqat üçün xüsusi olaraq heyvan öldürülmədiyi və canlı heyvan təcrübələri aparılmadığı bildirilib. Model heyvan təcrübələrinin azalmasına töhfə verə biləcək preklinik platforma kimi hazırlanıb.

Bu məzmun yalnız PDF-dəki tədqiqata əsasən hazırlanıb. PDF-də olmayan klinik təsir, xəstə müalicəsi, implant ömrü, cərrahi uğur, kommersiya tətbiq oluna bilməsi və ya təhlükəsizlik zəmanəti əlavə edilməyib. Tədqiqat dinamik mexaniki yükləmənin bu şəraitdə əhəmiyyətli osteogen təsir yaratdığını sübut etməyib; yalnız gündəlik dinamik yükləmə qrupunda BV/TV baxımından əhəmiyyətli olmayan meyl bildirib.

Tədqiqatın əsas məhdudiyyətlərinə damar şəbəkəsi və sistemik immun cavabın olmaması, qida və oksigen diffuziyasının sümük mərkəzində məhdud qalması, mexaniki yükləmə parametrlərinin kifayət qədər bioloji həddə çatmamış olma ehtimalı, analizlərin çoxunun son nöqtə ölçümü olması və ALP/osteokalsin immunoflüoressensiyasında fon siqnalının şərhi məhdudlaşdırması daxildir. Bundan əlavə, mal-qara sümüyü modeli insan sümük biologiyasının birbaşa ekvivalenti deyil; insan toxumasına və klinik tətbiqə keçid üçün əlavə doğrulama lazımdır.