Муваффақияти дарозмуддати имплантҳои ортопедӣ аз муносибати биологӣ ва механикие вобаста аст, ки дар марҳилаи барвақт байни сатҳи имплант ва бофтаи устухони атрофи он ба вуҷуд меояд. Ин раванд одатан остеоинтегратсия номида мешавад. Остеоинтегратсия танҳо маънои тамоси ҷисмонии имплант бо устухонро надорад; он ҳамчунин пайваст шудани ҳуҷайраҳои устухон ба сатҳи имплант, афзоиш, дифференсиатсия, истеҳсоли матрикси берунҳуҷайравӣ ва бо гузашти вақт ташаккул ёфтани интерфейси устувортари устухон–имплантро дар бар мегирад.

Нуқтаи ибтидоии таҳқиқот афзоиши ниёз ба имплантҳои ортопедии пойдортар дар баробари пиршавии аҳолӣ мебошад. Барои он ки имплантҳои дар ҷарроҳии косу рон, зону, сутунмӯҳра ё осебшиносӣ истифодашаванда дарозмуддат муваффақ бошанд, бояд дар марҳилаи барвақт фаҳмида шавад, ки бофтаи устухон ба мавод ва сохтори сатҳи имплант чӣ гуна ҷавоб медиҳад. Омӯзиши мустақими ин савол дар моделҳои ҳайвоноти зинда аз ҷиҳати ахлоқӣ, биологӣ ва хароҷот маҳдуд аст. Системаҳои соддаи фарҳанги ҳуҷайра бошад, сохтори табиии сеченакаи устухон, муносибатҳои ҳуҷайра–матрикс ва хусусиятҳои механикиро ба қадри кофӣ инъикос намекунанд.

Аз ин рӯ, муҳаққиқон платформаи миёнараверо истифода кардаанд, ки модели узвии устухони ex vivo ном дорад. Модели ex vivo маънои онро дорад, ки бофта аз организми зинда гирифта шуда, дар шароити лабораторӣ барои муддате зиндамониашро нигоҳ дошта, омӯхта мешавад. Чунин модел нисбат ба фарҳанги классикии ҳуҷайраи дученака воқеитар аст, зеро меъмории табиии трабекулярӣ, матрикси устухон ва муҳити худи ҳуҷайраҳо асосан нигоҳ дошта мешаванд. Ҳамзамон он нисбат ба таҷрибаи ҳайвони зинда назоратшаванда ва стандартизатсияшаванда буда, аз ҷиҳати ахлоқӣ маҳдудияти камтар дорад.

Модели дар ин таҳқиқот истифодашуда ба устухони гов асос ёфтааст. Муҳаққиқон бофтаи устухони говро аз кушторгоҳи маҳаллӣ ҳамчун маҳсулоти иловагии саноати хӯрокворӣ гирифтаанд. Тибқи баёнияи ахлоқӣ, барои ин таҳқиқот махсус ҳайвон кушта нашудааст ва таҷрибаи ҳайвони зинда анҷом дода нашудааст. Ин нукта муҳим аст, зеро таҳқиқот ҳадаф дорад платформаи пешазклиникии санҷиширо таҳия кунад, ки метавонад ба кам кардани истифодаи ҳайвонот дар таҳқиқоти имплант мусоидат намояд.

Мушкилоти асосии илмии таҳқиқот чунин аст: Оё боркунии динамикии механикӣ остеоинтегратсияи барвақтро дар бофтаи устухоне, ки бо имплант дар тамос аст, зиёд мекунад? Устухон бофтаест, ки ба ангезаҳои механикӣ ҳассос мебошад. Дар ҳаёти ҳаррӯза таъсирҳои механикӣ ба монанди роҳ рафтан, қадам задан, кашиши мушак ва борбардорӣ аз ҷониби ҳуҷайраҳои устухон дарк мешаванд. Ин раванди дарккунӣ механотрансдуксия (mechanotransduction) ном дорад. Ба шарофати механотрансдуксия устухон метавонад худро мувофиқи самт ва бузургии борҳое, ки ба он таъсир мекунанд, аз нав ташкил диҳад. Аз ин рӯ, дар таҳқиқоти имплант на танҳо мавод, балки муҳити механикии байни мавод ва устухон низ бояд моделсозӣ шавад.

Муҳаққиқон консепсияи модели узвии устухонро, ки қаблан зери боркунии механикии статикӣ истифода мешуд, такмил дода, ин дафъа фишори динамикиро илова кардаанд. Ҳадаф беҳтар тақлид кардани муҳити физиологии устухон мебошад. Дар бадани инсон устухон танҳо ба қувваи доимӣ дучор намешавад; он ангезаҳои механикии ритмӣ, такрорӣ ва дорои бузургиҳои гуногун мегирад. Боркунии динамикӣ дар ин таҳқиқот низ кӯшиш мекунад ҳамин ғояро дар як тарҳи содашудаи лабораторӣ намояндагӣ кунад.

Дар таҳқиқот ду кори таҷрибавии мустақил анҷом дода шудааст. Дар ҳар кори таҷрибавӣ 16 силиндри устухон омода гардида, дар маҷмӯъ 32 силиндри устухон ба фарҳанг гузошта шудааст. Чор гурӯҳ ташкил шудааст: гурӯҳи якум дар баробари боркунии доимии статикӣ ҳар рӯз боркунии динамикӣ гирифтааст; гурӯҳи дуюм дар баробари боркунии доимии статикӣ ҳар ҳафта боркунии динамикӣ гирифтааст; гурӯҳи сеюм танҳо зери боркунии статикӣ нигоҳ дошта шудааст; гурӯҳи чорум бошад, гурӯҳи назоратӣ буда, ба он боркунии механикӣ дода нашудааст. Ин тарҳ имкон медиҳад таъсири басомади ангезаи динамикӣ ва боркунии статикӣ муқоиса шавад.

Намунаҳои устухон аз фемури гов омода карда шудаанд. Силиндрҳо бо диаметри 16 mm ва баландии 5 mm стандартизатсия шудаанд. Илова бар ин, дар маркази ҳар силиндри устухон канали марказии диаметраш 6 mm кушода шудааст. Ҳадафи ин канал беҳтар расидани маводи ғизоӣ ва оксигени муҳити фарҳангӣ ба қисмҳои дарунии устухон мебошад. Азбаски устухони трабекулярӣ сохтори зич ва сеченака дорад, яке аз мушкилоти асосӣ дар фарҳанги лабораторӣ маҳдуд будани диффузияи маводи ғизоӣ ва оксиген дар минтақаҳои дарунии бофта мебошад.

Ин мушкили диффузия ҳам ҷиҳати қавӣ ва ҳам маҳдудкунандаи таҳқиқот мебошад. Гарчанде канали марказӣ моделро беҳтар мекунад, натиҷаҳои рангкунии Live/Dead нишон додаанд, ки ҳуҷайраҳои зинда махсусан дар сатҳи устухон, минтақаи тамос бо имплант ва атрофи канали марказӣ ҷамъ шудаанд. Ин нишон медиҳад, ки интиқоли маводи ғизоӣ дар минтақаҳои амиқтар ҳанӯз ҳам маҳдуд буда метавонад. Муҳаққиқон низ зикр кардаанд, ки дар оянда илова кардани системаҳои фарҳангии бар перфузия асосёфта метавонад воқеияти физиологии моделро зиёд кунад.

Тарҳи техникии модел ҷолиби диққат аст. Дар таҳқиқот қисмҳои махсуси бо 3D чопшуда истифода шудаанд: нигоҳдорандаҳои устухон, штампҳои боркунанда, платформаҳои зарфи Петри, фосилагузорҳо ва унсурҳои васлкунӣ барои пайваст кардан ба системаи механикии Mach-1™. Дар Шакли 1 ҷузъҳои ин модел ба таври муфассал нишон дода шудаанд: сарпӯши зарфи Петри, штампи боркунандаи бо истеҳсоли иловагӣ сохташуда, импланти титанӣ, силиндри устухон, нигоҳдорандаи махсус, қисми поёнии зарфи Петри, фосилагузор, зарфи квадратии Петри ва таҷҳизоти пайвасткунандае, ки системаро ба дастгоҳи боркунии механикӣ маҳкам мекунад. Чунин қисмҳои стандартизатсияшуда имкон медиҳанд, ки ҳар намуна дар мавқеъ ва шароити механикии монанд нигоҳ дошта шавад.

Шакли 2 табдили нигоҳдорандаи устухонро аз тарҳи компютерӣ ба маҳсулоти ниҳоии бо 3D чопшуда нишон медиҳад. Ин тасвир нишон медиҳад, ки таҳқиқот танҳо таҷрибаи биологӣ нест, балки кори таҳияи модел бо ҷанбаи қавии муҳандисӣ низ мебошад. Барои эътимоднокии натиҷаҳо нигоҳ доштани силиндри устухон ва имплант дар шароити лабораторӣ ба таври устувор, такроршаванда ва қобили боркунӣ аҳаммияти ҳалкунанда дорад.

Имплантҳои титанӣ, ки дар таҳқиқот истифода шудаанд, аз хӯлаи Ti6Al4V иборатанд. Ин хӯла тақрибан %90 титан, %6 алюминий ва %4 ванадий дорад. Имплантҳо бо усули electron beam melting (electron beam melting, EBM) истеҳсол шудаанд. Ду меъмории гуногуни ковок арзёбӣ шудаанд: сохторҳои wurtzite ва diamond. Ҳар ду навъи имплант диаметри 15 mm ва баландии 2 mm доранд. Ҳадафи ин сохторҳои ковок таъмин кардани топографияи сеченакае мебошад, ки барои пайваст шудани ҳуҷайраҳои устухон ба сатҳи имплант ва паҳншавии онҳо дар рӯи он мувофиқ аст.

Меъмории имплант барои остеоинтегратсия муҳим аст, зеро андозаи ковокӣ, ғафсии strut ва ноҳамвории сатҳ метавонанд адсорбсияи сафеда, пайвастшавии ҳуҷайра ва паҳншавии ҳуҷайраҳоро дар рӯи сатҳ таъсир диҳанд. Дар таҳқиқот андозаи миёнаи ковокии имплантҳои diamond нисбат ба имплантҳои wurtzite ба таври аҳамиятнок калонтар ва паҳнои strut бошад ба таври аҳамиятнок хурдтар буд. Дар имплантҳои diamond андозаи миёнаи ковокӣ 0,81 ± 0,06 mm ва паҳнои strut 0,32 ± 0,04 mm чен карда шудааст. Дар имплантҳои wurtzite бошад, андозаи миёнаи ковокӣ 0,64 ± 0,09 mm ва паҳнои strut 0,37 ± 0,04 mm мебошад. Барои ҳар ду фарқ p < 0,0001 гузориш шудааст.

Аз ҷиҳати ноҳамвории сатҳ бошад, фарқи аҳамиятнок пайдо нашудааст. Қимати Sa дар имплантҳои diamond 1,37 ± 0,62 µm ва дар имплантҳои wurtzite 1,59 ± 0,77 µm чен шудааст; қимати p 0,24 мебошад. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки ду меъмории имплант аз ҷиҳати сохтори геометрии ковокӣ фарқ мекунанд, вале аз ҷиҳати ноҳамвории сатҳ ҷудошавии равшан надоранд. Ин тафовут муҳим аст, зеро ҳангоми тафсири ҷавоби ҳуҷайравӣ бештар нақши фарқҳои меъмории макро/микро бояд баррасӣ шавад, на фарқи ноҳамвории сатҳ.

Боркунии динамикии механикӣ бо системаи микромеханикии Mach-1™ татбиқ шудааст. Боркунии динамикӣ ба силиндрҳои устухони гурӯҳҳои 1 ва 2 дода шудааст. Система дар режими идорашавандаи displacement кор карда, профили фишори синусоидии 300 давр бо басомади 1 Hz истифода кардааст. Барои нигоҳ доштани қувваи татбиқшуда дар ҳудуди ҳадаф, амплитудаи displacement-и синусоидӣ дар ҷараёни таҷриба танзим шудааст. Дар натиҷаҳо гуфта мешавад, ки қувваи татбиқшуда барои гурӯҳи 1 дар доираи 19,5–21,8 N ва барои гурӯҳи 2 дар доираи 19,8–20,9 N нигоҳ дошта шуда, дар атрофи қимати ҳадаф устувор мондааст.

Мантиқи фишори синусоидии истифодашударо барои шарҳ метавон бо муносибати асосии зерин фаҳмид:

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

Дар ин ҷо x(t) displacement-и вобаста ба вақт, A амплитудаи displacement-и синусоидӣ, f басомади боркунӣ ва t вақтро ифода мекунад. Ин формула муодилае нест, ки дар таҳқиқот ба таври мустақим ҳосил карда шуда бошад; он муносибати асосии механикӣ барои шарҳи он аст, ки чаро боркунии динамикӣ «синусоидӣ» номида мешавад. Дар таҳқиқот басомад f = 1 Hz татбиқ шудааст. Яъне система барои иҷрои як даври фишор дар як сония кор кардааст.

Барои боркунии статикӣ дар гурӯҳҳои 1–3 ба ҳар силиндри устухон фишори доимии баробар ба 5 N татбиқ шудааст. Ҳадаф нигоҳ доштани тамоси имплант ва устухон ва кам кардани ҳаракати аз ҳад зиёди микросатҳӣ мебошад. Дар заминаи остеоинтегратсия micromotion, яъне ҳаракатҳои хурди номатлуб байни имплант ва устухон, метавонад ташаккули бофтаи фиброзиро зиёд карда, ҳамгироии устухонро бад кунад. Аз ин рӯ, нигоҳ доштани тамоси статикӣ барои модел аз ҷиҳати биомеханикӣ маънодор аст.

Шакли 8 тағйироти амплитудаи синусоидиро дар ҷараёни боркунии динамикӣ нишон медиҳад. Дар гурӯҳи боркунии динамикии ҳаррӯза амплитуда дар байни 0,380 mm ва 0,158 mm, дар гурӯҳи боркунии динамикии ҳарҳафтаина бошад дар байни 0,242 mm ва 0,170 mm тағйир ёфтааст. Тамоюли умумии коҳишёбии амплитуда бо гузашти вақт дар ҳар ду гурӯҳ нишон медиҳад, ки система барои нигоҳ доштани ҳамон сатҳи қувва ба тағйироти сахтии бофта/тарҳ мутобиқ шудааст. Дар гурӯҳи 1 дар баъзе рӯзҳо афзоишҳои муваққатӣ мушоҳида шудаанд. Ин ҷузъ нишон медиҳад, ки системаҳои боркунии механикии ex vivo то чӣ андоза ҳассосанд ва ҳатто тағйироти хурд дар муҳити фарҳангӣ метавонанд параметрҳои механикиро таъсир диҳанд.

Барои арзёбии миқдории зиндамонии устухон санҷиши alamarBlue истифода шудааст. Ин санҷиш ба қобилияти ҳуҷайраҳои аз ҷиҳати метаболикӣ фаъол барои коҳиш додани resazurin асос меёбад. Ба таври сода, ҳуҷайраҳои зинда ва аз ҷиҳати метаболикӣ фаъол сигнали флуорессенсии қавитар ба вуҷуд меоранд. Дар таҳқиқот ченкуниҳо дар рӯзҳои 0, 1, 2, 7, 14 ва 21 анҷом дода шуда, мувофиқи вазни силиндри устухон нормализатсия шудаанд.

Натиҷаҳои alamarBlue нишон доданд, ки дар ҳамаи гурӯҳҳо дар ду рӯзи аввал фаъолияти метаболикӣ коҳиш ёфта, аз рӯзи 7 сар карда афзоиши аҳамиятнок мушоҳида шудааст. Ин коҳиши ибтидоӣ ба таъсирҳои ҷудо кардани устухон, буридан, пармакунӣ, гузоштан ба фарҳанг ва гипоксия/фишори ибтидоӣ мувофиқ тафсир шудааст. Афзоише, ки пас аз рӯзи 7 дида шудааст, нишон медиҳад, ки бофта ба шароити фарҳангӣ мутобиқ шуда, популятсияи ҳуҷайраҳои аз ҷиҳати метаболикӣ фаъол нигоҳ дошта шудааст. Дар таҳлили pooled аз рӯзи 7 сар карда дар ҳамаи гурӯҳҳо афзоиши аҳамиятнок гузориш шудааст; ҳадди ақал дар сатҳи p < 0,001.

Аммо дар ҳеҷ рӯзи таҳлил байни гурӯҳҳои боркунии механикӣ фарқи аҳамиятнок пайдо нашудааст. Ба ибораи дигар, байни боркунии динамикии ҳаррӯза, боркунии динамикии ҳарҳафтаина, танҳо боркунии статикӣ ва назорати бебор аз ҷиҳати фаъолияти метаболикӣ бартарии равшан муайян нашудааст. Ин бозёфт барои гипотезаи таҳқиқот муҳим аст, зеро интизории он ки боркунии динамикӣ зиндамонӣ ё остеоинтегратсияи барвақтро ба таври равшан афзоиш медиҳад, дастгирӣ нашудааст.

Натиҷаҳои рангкунии Live/Dead имкон доданд, ки зиндамонии ҳуҷайраҳо дар бофтаи устухон ва сатҳҳои имплант ба таври сифатӣ арзёбӣ шавад. Дар намунаҳои рӯзи 0 ҳуҷайраҳои ғайризинда бартарӣ доштанд, вале пас аз 21 рӯз дар ҳамаи гурӯҳҳо зиндамонӣ афзудааст. Ҳуҷайраҳои зинда махсусан дар сатҳи тамоси имплант ва атрофи сӯрохи марказӣ равшантар буданд. Ин тақсимот нишон медиҳад, ки интиқоли маводи ғизоӣ ва оксиген аз сатҳ ва канали марказӣ самараноктар буда, дар минтақаҳои амиқтар диффузия маҳдуд мемонад.

Шакли 10 тасвирҳои флуорессенсии Live/Dead-ро дар интерфейси уфуқии имплант–устухон дар рӯзи 21 муқоиса мекунад. Байни гурӯҳҳо фарқи равшани сифатӣ гузориш нашудааст. Ин тасвирҳо нишон медиҳанд, ки модел дар маҷмӯъ зиндамонии ҳуҷайраҳоро нигоҳ медорад, вале тақсимоти зиндамонӣ минтақавӣ мебошад. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки модел кор мекунад, аммо метавонад бо системаҳои иловагӣ ба монанди перфузия боз ҳам такмил дода шавад.

Баромади ҳуҷайраҳо ба сатҳи имплант низ яке аз меҳварҳои асосии таҳқиқот мебошад. Рангкунии Live/Dead нишон дод, ки пас аз 21 рӯз дар ҳамаи имплантҳои таҷрибавӣ баромад ва афзоиши ҳуҷайраҳои устухон вуҷуд дошт. Дар назоратҳои манфӣ ҳуҷайра дида нашуд. Сатҳҳои имплант, ки бо устухон мустақим дар тамос буданд, қариб пурра бо ҳуҷайраҳои зинда пӯшида шуда, дар минтақаҳои амиқтари ковокӣ низ ҳуҷайраҳои зинда мушоҳида шуданд. Дар сатҳҳои муқобиле, ки бо устухон тамос надоштанд, зичии ҳуҷайра камтар буд, вале боз ҳам пӯшиши ҳуҷайраҳои зинда вуҷуд дошт.

Ин бозёфт нишон медиҳад, ки сатҳҳои имплант метавонанд аз ҷониби ҳуҷайраҳои аз устухон баромада колонизатсия шаванд. Барои марҳилаҳои аввали остеоинтегратсия ин нишонаи муҳим аст, зеро пайвастшавии ҳуҷайраҳо ба сатҳи имплант яке аз қадамҳои аввал барои истеҳсоли минбаъдаи матрикс ва ташаккули интерфейси устухонӣ мебошад. Аммо таҳқиқот нишон надодааст, ки ин баромади ҳуҷайраҳо дар гурӯҳҳои боркунии динамикӣ ба таври аҳамиятнок бештар буд.

Дар таҳлили гистологӣ буришҳои Technovit бо Giemsa рангшуда истифода шудаанд. Лакунаҳои дорои остеосит ва лакунаҳои холӣ шумурда шудаанд. Остеоситҳо ҳуҷайраҳои баркамоли устухонанд, ки дар холигиҳои хурди бофтаи устухон бо номи лакуна ҷойгиранд. Зиёд будани лакунаҳои дорои остеосит нишон медиҳад, ки ҳузури ҳуҷайраҳои зинда дар бофтаи устухон нигоҳ дошта шудааст. Дар таҳқиқот дар ҳамаи гурӯҳҳо лакунаҳои дорои остеосит аз лакунаҳои холӣ бештар буданд. Ин натиҷа аз ҷиҳати гистологӣ низ нигоҳ доштани зиндамонии устухонро дар давоми 21 рӯзи фарҳанг дастгирӣ мекунад.

Мантиқи асосии нормализатсияи зичии лакунаро чунин шарҳ додан мумкин аст:

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

Дар ин ҷо шумораи лакунаҳо лакунаҳои дорои остеосит ё холиро, ки дар минтақаи муайяни микроскопӣ шумурда шудаанд, ифода мекунад; майдони устухони трабекулярӣ бошад, майдони устухони таҳлилшударо бо mm² нишон медиҳад. Ин формула барои фаҳмотар кардани усули ҳисобкунии таҳқиқот оварда шудааст. Дар таҳқиқот лакунаҳо нисбат ба майдони устухони трабекулярӣ нормализатсия шудаанд, то таъсири тағйирёбии майдони устухон дар буришҳои гуногун кам карда шавад.

Дар Шакли 12 шумориши лакунаҳо нишон дода шудааст. Гурӯҳи 3, яъне гурӯҳи танҳо боркунии статикӣ, ҳам дар лакунаҳои дорои остеосит ва ҳам дар лакунаҳои холӣ қиматҳои баландтаринро нишон додааст; гурӯҳи 4, яъне назорати бебор, шумораи пасттарини лакунаҳои холиро нишон додааст. Аммо ин фарқҳо аз ҷиҳати оморӣ аҳамиятнок нестанд. Илова бар ин, махсусан дар гурӯҳи 3 тағйирёбии баланд вуҷуд дорад. Аз ин рӯ, натиҷаҳои гистологӣ бартарии боэътимоди шароити муайяни боркуниро нишон намедиҳанд.

Меъмории устухони трабекулярӣ бо µCT арзёбӣ шудааст. Параметри асосии истифодашуда ҳиссаи ҳаҷми устухон, яъне BV/TV мебошад. Дар таҳқиқот BV/TV ҳамчун нисбати ҳаҷми устухони сегментатсияшуда ба ҳаҷми умумии минтақаи таваҷҷуҳ муайян шудааст. Ин муносибатро чунин навиштан мумкин аст:

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

Дар ин ҷо BV ҳаҷми устухон (bone volume), TV ҳаҷми умумӣ (total volume) ва BV/TV ҳиссаи ҳаҷми устухонро бо фоиз ифода мекунанд. BV/TV параметри муҳими морфометрӣ мебошад, ки нишон медиҳад сохтори трабекулярии устухон то чӣ андоза пур ё зич аст ва метавонад бо устувории устухон алоқаманд бошад.

Дар таҳлили µCT байни гурӯҳҳо фарқи аҳамиятнок пайдо нашудааст. Гурӯҳи боркунии динамикии ҳаррӯза баландтарин қимати миёнаи BV/TV-ро нишон дода, гурӯҳи назоратии рӯзи 0 пасттарин қиматҳоро дошт. Аммо азбаски фарқ аҳамиятнок набуд, наметавон хулоса кард, ки «боркунии динамикии ҳаррӯза устухони трабекуляриро зиёд кард». Ифодаи дурусттар ин аст, ки зери боркунии динамикии ҳаррӯза тамоюли ғайриаҳамиятнок ба BV/TV-и баландтар мушоҳида шудааст.

Дар Шакли 13 реконструксияҳои µCT бо сатҳҳои гуногуни ҳалли трабекулярӣ ва муқоисаи BV/TV нишон дода шудаанд. Тасвирҳо нишон медиҳанд, ки пас аз 21 рӯз меъмории устухони трабекулярӣ асосан нигоҳ дошта шудааст. Аммо ҳассосияти сегментатсия ва гетерогении байни намунаҳо метавонанд ба тағйирёбии ченкуниҳои BV/TV саҳм гузошта бошанд. Ин яке аз мушкилоти маъмули моделҳои ex vivo-и устухон мебошад, зеро ҳатто агар ҳар силиндри устухон аз як ҳайвон гирифта шавад ҳам, микромеъморӣ комилан якхела нест.

Аз ҷиҳати маркерҳои остеогенӣ рангкуниҳои иммунофлуорессенсии ALP ва osteocalcin анҷом дода шудаанд. ALP маркерест, ки бо фаъолияти остеобласт ва дифференсиатсияи барвақти остеогенӣ алоқаманд аст. Osteocalcin бошад, метавонад дар заминаи остеобластҳои баркамолтар ва ташаккули матрикси устухон арзёбӣ шавад. Аммо гарчанде сигналҳои ALP ва osteocalcin дар ҳамаи гурӯҳҳои таҷрибавӣ мушоҳида шуданд, дар назоратҳои антителаи дуюмдараҷа низ сигналҳои флуорессенсии монанд дида шуданд. Ин ҳолат нишон медиҳад, ки рангкунии ғайриспецификии замина тафсирро маҳдуд кардааст.

Аз ин рӯ, таҳқиқот аз натиҷаҳои ALP ва osteocalcin хулосаи қавии вобаста ба гурӯҳ набаровардааст. Ин нуқтаи хеле муҳими ростқавлии илмӣ мебошад. Мавҷуд будани флуорессенсия дар тасвирҳо худ аз худ фарқи боэътимоди биологиро маъно намедиҳад; агар дар назоратҳо низ сигнал бошад, бояд бодиққат ҷудо карда шавад, ки кадом қисми сигнал ифодаи воқеии маркер ва кадом қисми он рангкунии замина мебошад. Эҳтиёткории таҳқиқот дар ин масъала дуруст аст.

Таҳлили LV-SEM морфологияи ҳуҷайраҳоро дар сатҳи имплантҳо нишон дод. Пас аз 21 рӯз дар имплантҳои ҳамаи гурӯҳҳои боркунии механикӣ баромад ва афзоиши ҳуҷайраҳо муайян шуд. Ҳуҷайраҳо асосан морфологияи дарозшударо нишон дода, дар сатҳи имплант қабатҳои шабакамонанди ба ҳам пайваст ба вуҷуд оварданд. Дар баъзе минтақаҳо дар қабатҳои ҳуҷайра ҷудошавӣ дида шуд. Дар сатҳи импланти назорати манфӣ ҳуҷайра мушоҳида нашуд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки пайвастшавӣ ва паҳншавии ҳуҷайраҳо дар рӯи имплант дар модел бомуваффақият ба амал омадааст.

Аҳаммияти таърихии таҳқиқот дар он аст, ки ба ҷустуҷӯи платформаи таҷрибавии воқеитар, вале аз ҷиҳати ахлоқӣ маҳдудтар барои омӯзиши муносибатҳои устухон–имплант саҳм мегузорад. Фарҳангҳои анъанавии ҳуҷайра метавонанд пайвастшавии ҳуҷайра ба сатҳи имплантро нишон диҳанд, аммо сохтори трабекулярии устухони воқеӣ, лакунаҳои остеосит, муносибатҳои ҳуҷайра–матрикс ва муҳити механикиро ба қадри кофӣ намояндагӣ намекунанд. Моделҳои ҳайвоноти зинда фарогиртаранд, вале маҳдудиятҳои ахлоқӣ, фарқҳои намудӣ ва мушкилоти назорати таҷрибавӣ доранд. Ин таҳқиқот модели узвиеро таҳия мекунад, ки миёни ин ду канор ҷойгир аст.

Аҳаммияти имрӯзаи он дар он аст, ки системаеро пешниҳод мекунад, ки имкон медиҳад дар арзёбии ибтидоии биоматериалҳо ва меъмориҳои сатҳи имплант таҳлилҳои такроршаванда, назоратшаванда ва бисёрусулӣ анҷом дода шаванд. Дар як модел фаъолияти метаболикӣ, рангкунии зиндамонӣ, гистология, µCT, иммунофлуорессенсия ва SEM истифода шудаанд. Ин арзёбии бисёрмодалӣ имкон медиҳад, ки интерфейси устухон–имплант на аз як ченак, балки аз чанд ҷиҳат омӯхта шавад.

Аз ҷиҳати оянда, таҳқиқот нишон медиҳад, ки системаҳои фарҳангии бар перфузия асосёфта бояд бо боркунии механикӣ якҷо карда шаванд. Зеро ангезаи механикӣ метавонад ниёзи метаболикии бофтаро зиёд кунад, аммо дар бофтаи ex vivo-и бе шабакаи рагҳо интиқоли оксиген ва маводи ғизоӣ маҳдуд мемонад. Агар боркунии динамикӣ устухонро ба «кор кардан» водор кунад, вале маводи ғизоӣ ва оксигени кофӣ таъмин нашаванд, ҷавоби остеогенӣ метавонад ба сатҳи интизоршуда нарасад. Аз ин рӯ, на танҳо борро зиёд кардан, балки ғизорасонии бофта ва дур кардани партовҳоро низ беҳтар кардан лозим аст.

Аз ҷиҳати таъсир ба зиндагии ҳаррӯза, ин таҳқиқот табобат ё тарҳи имплантеро, ки мустақим ба беморон татбиқ мешавад, пешниҳод намекунад. Аммо ҳадаф дорад системаҳои санҷиширо беҳтар кунад, ки дар дарозмуддат метавонанд ба рушди имплантҳои ортопедии пойдортар мусоидат намоянд. Моделҳои беҳтари пешазклиникӣ метавонанд дар марҳилаи барвақттар арзёбӣ кунанд, ки сатҳҳои имплант, меъмории ковок ва муҳити механикӣ ба ҳамгироии устухон чӣ гуна таъсир мерасонанд. Ин метавонад ба таври ғайримустақим ба таҳияи тарҳҳои боэътимодтари имплант дар оянда саҳм гузорад.

Аз ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот геометрияи стандартизатсияшудаи силиндрҳои устухон, системаҳои махсуси нигоҳдорандаи бо 3D чопшуда, боркунии назоратшавандаи статикӣ ва динамикӣ, давомнокии 21-рӯзаи фарҳанг, равиши бисёрусулӣ ва истифодаи устухони гов ҳамчун маҳсулоти иловагии саноати хӯрокворӣ мебошанд. Аз ин ҷиҳат модел номзади муфид барои санҷиши биоматериалҳо ва таҳқиқоти механобиология мебошад.

Маҳдудиятҳо ҳадди ақал ба андозаи бозёфтҳо муҳиманд. Якум, модел шабакаи рагҳо надорад; аз ин рӯ диффузияи оксиген ва маводи ғизоӣ махсусан дар маркази силиндри устухон маҳдуд аст. Дуюм, параметрҳои боркунии механикии татбиқшуда метавонанд барои ба вуҷуд овардани ҷавоби равшани анаболикӣ дар устухон нокифоя бошанд. Муаллифон инро бо эҳтимоли механобиологии “lazy zone” муҳокима мекунанд; яъне бор метавонад аз остонаҳое поён бошад, ки ҳуҷайраҳои устухонро ба ҷавоби қавии мутобиқшавӣ мебаранд. Сеюм, аксари таҳлилҳо ченкуниҳои нуқтаи ниҳоӣ мебошанд; пайгирии беосеби як намуна дар тӯли вақт маҳдуд аст. Чорум, сигнали замина дар рангкуниҳои ALP ва osteocalcin тафсирро душвор кардааст. Панҷум, натиҷаҳои аз бофтаи гов гирифташуда набояд мустақим ба устухони инсон интиқол дода шаванд.

Он чизе, ки таҳқиқот мегӯяд, чунин аст: Муҳаққиқон модели узвии устухони гови ex vivo сохтанд, ки метавонад бо имплантҳои титанӣ якҷо фарҳанг карда шавад, 21 рӯз зиндамонӣ ва сохтори трабекуляриро нигоҳ дорад ва ба он боркунии статикӣ ва динамикӣ татбиқ шавад. Дар модел дар сатҳи имплантҳои ҳамаи гурӯҳҳо баромад ва афзоиши ҳуҷайраҳои зинда мушоҳида шуд. Реҷимҳои боркунии динамикии татбиқшуда бошад, дар ин шароити таҷрибавӣ бартарии аз ҷиҳати оморӣ аҳамиятноки остеогенӣ ё остеоинтегратсия ба вуҷуд наоварданд.

Он чизе, ки таҳқиқот намегӯяд, низ равшан аст. Ин таҳқиқот исбот намекунад, ки боркунии динамикӣ дар ҳама шароит ба остеоинтегратсия таъсир надорад. Он танҳо нишон медиҳад, ки дар ин модел, бо ин давомнокӣ ва бо ин таркиби қувва/басомад/давр фарқи аҳамиятнок пайдо нашудааст. Ҳамчунин таҳқиқот муваффақияти имплант дар беморони инсон, беҳбудии клиникӣ, умри протез ё натиҷаҳои ҷарроҳиро мустақим исбот намекунад. Ин кори таҳияи модели пешазклиникӣ буда, иддаои татбиқи клиникӣ надорад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Сохтори методологии таҳқиқот ба платформаи таҷрибавии бисёрқадамӣ асос ёфтааст, ки барои омӯзиши интерфейси устухон–имплант дар шароити назоратшавандаи ex vivo тарҳрезӣ шудааст. Аз фемури гов силиндрҳои стандартизатсияшудаи устухон омода гардида, ҳар силиндр бо импланти титании ковок якҷо карда шуда, дар шароити гуногуни боркунии механикӣ 21 рӯз фарҳанг шудааст.

Чор гурӯҳи боркунии механикии таҳқиқотро чунин ҷамъбаст кардан мумкин аст:

Муодили математикии шарҳии боркунии динамикиро бо муносибати асосии синусоидии зерин фаҳмидан мумкин аст:

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

Дар ин ҷо x(t) displacement-и вобаста ба вақт, A амплитудаи displacement, f басомад ва t вақтро ифода мекунад. Дар таҳқиқот боркунии динамикӣ бо басомади 1 Hz ва 300 давр татбиқ шудааст. Ин формула муносибати асосии механикӣ барои шарҳи профили фишори синусоидии истифодашуда мебошад.

Ҳиссаи ҳаҷми устухон дар таҳлили µCT чунин ифода мешавад:

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

Дар ин ҷо BV ҳаҷми устухон, TV ҳаҷми умумии таҳлил ва BV/TV ҳиссаи ҳаҷми устухони трабекуляриро ифода мекунанд. Дар таҳқиқот ин параметр барои арзёбии он истифода шудааст, ки сохтори трабекулярӣ байни гурӯҳҳои боркунии механикӣ то чӣ андоза нигоҳ дошта шудааст.

Вақте бозёфтҳои таҳқиқот якҷо баррасӣ мешаванд, муваффақияти асосии модел на дар он аст, ки боркунии динамикӣ таъсири аҳамиятноки остеогенӣ ба вуҷуд овард, балки дар он аст, ки бофтаи устухонро 21 рӯз зинда ва қобили таҳлил нигоҳ дошт. Дар ин муддат фаъолияти метаболикӣ нигоҳ дошта шуда, сохтори трабекулярӣ асосан ҳифз гардида ва дар сатҳҳои имплант баромад ва афзоиши ҳуҷайраҳои зинда мушоҳида шудааст. Аз ин рӯ, модел метавонад ҳамчун платформаи муфид барои арзёбии пешазклиникии биоматериалҳои имплант ва таҳқиқоти механобиологӣ баррасӣ шавад.

Аммо параметрҳои боркунии динамикии татбиқшуда дар ин тарҳи таҷрибавӣ афзоиши равшани остеоинтегратсияро нишон надоданд. Ин натиҷа маънои онро надорад, ки боркунии динамикӣ аз ҷиҳати биологӣ аҳамият надорад; бештар нишон медиҳад, ки бузургии қувва, басомад, шумораи даврҳо, давомнокии боркунӣ, андозаи бофта ва шароити интиқоли маводи ғизоӣ шояд барои ба вуҷуд овардани ҷавоби остеогении кофӣ муносиб набуданд. Тавре муҳаққиқон пешниҳод мекунанд, дар оянда бояд ба модел системаҳои перфузия, параметрҳои гуногуни боркунӣ, давраҳои дарозтари фарҳанг ва усулҳои такрории таҳлили беосеб бо гузашти вақт илова шаванд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Ин мақола бар асоси таҳқиқоти Coralie Nagels, Bianca Riedel, Sunil Shetty, Hagen Schmal, Martin P. Pichotka, Ralf Thomann ва Michael Seidenstuecker бо унвони “The Role of Dynamic Mechanical Loading in Early Implant Osseointegration Using a Bovine Ex Vivo Bone Organ Model” омода шудааст.

Матни манбаъ мақолаи таҳқиқотии preprint мебошад ва дар он ба таври ошкоро ибораи “This preprint research paper has not been peer reviewed” омадааст. Аз ин рӯ, таҳқиқот аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст. Бозёфтҳо бояд на ҳамчун тавсияи амалияи клиникӣ ё кафолати муваффақияти имплант, балки ҳамчун натиҷаҳои таҳия ва арзёбии модели назоратшавандаи ex vivo хонда шаванд.

Таҳқиқот таҷрибаи ҳайвони зинда нест. Бофтаи устухони гов ҳамчун маҳсулоти иловагии саноати хӯрокворӣ аз кушторгоҳи маҳаллӣ гирифта шудааст. Зикр шудааст, ки барои ин таҳқиқот махсус ҳайвон кушта нашудааст ва таҷрибаҳои ҳайвони зинда анҷом дода нашудаанд. Модел ҳамчун платформаи пешазклиникӣ тарҳрезӣ шудааст, ки метавонад ба кам кардани истифодаи ҳайвонот саҳм гузорад.

Ин мундариҷа танҳо бар асоси таҳқиқоти дар PDF пешниҳодшуда омода шудааст. Ягон иддао дар бораи таъсири клиникӣ, табобати бемор, умри имплант, муваффақияти ҷарроҳӣ, қобилияти тиҷоратӣ ё кафолати бехатарӣ, ки дар PDF вуҷуд надорад, илова нашудааст. Таҳқиқот исбот накардааст, ки боркунии динамикии механикӣ дар ин шароит таъсири аҳамиятноки остеогенӣ ба вуҷуд овардааст; танҳо дар гурӯҳи боркунии динамикии ҳаррӯза тамоюли ғайриаҳамиятноки BV/TV гузориш шудааст.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот набудани шабакаи рагҳо ва ҷавоби системавии иммунӣ, маҳдуд будани диффузияи маводи ғизоӣ ва оксиген дар маркази устухон, эҳтимоли нарасидани параметрҳои боркунии механикӣ ба остонаи кофии биологӣ, нуқтаи ниҳоӣ будани аксари таҳлилҳо ва маҳдуд шудани тафсир аз сабаби сигнали замина дар иммунофлуорессенсияи ALP/osteocalcin мебошанд. Илова бар ин, модели устухони гов муодили мустақими биологияи устухони инсон нест; барои гузариш ба бофтаи инсон ва татбиқи клиникӣ санҷишҳои иловагӣ лозиманд.