ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСІВ ЗНОШУВАННЯ КОМПОНЕНТІВ ПАЦІЄНТ-СПЕЦИФІЧНИХ ЕНДОПРОТЕЗІВ СНЩС, ВИГОТОВЛЕНИХ ІЗ ТИТАНУ І ПОЛІЕФІР-ЕФІР-КЕТОНУ

Р. О. Терлецький; О. В. Михайленко; П. А. Черновол; Л. В. Натрус; Кшистоф Довгерт; Ю. В. Чепурний; А. В. Копчак

doi:10.11603/2311-9624.2024.4.15194

Автор(и)

Р. О. Терлецький Національний медичний університет імені О. О. Богомольця https://orcid.org/0000-0003-1763-0618
О. В. Михайленко Київське міське клінічне бюро судово-медичної експертизи https://orcid.org/0009-0000-8265-9316
П. А. Черновол Національний медичний університет імені О. О. Богомольця https://orcid.org/0000-0001-7478-6921
Л. В. Натрус Національний медичний університет імені О. О. Богомольця https://orcid.org/0000-0003-1763-0618
Кшистоф Довгерт Вармінсько-Мазурський університет в Ольштині https://orcid.org/0000-0002-7605-2080
Ю. В. Чепурний Національний медичний університет імені О. О. Богомольця https://orcid.org/0000-0003-4393-3938
А. В. Копчак Національний медичний університет імені О. О. Богомольця https://orcid.org/0000-0002-3272-4658

DOI:

https://doi.org/10.11603/2311-9624.2024.4.15194

Ключові слова:

скронево-нижньощелепний суглоб (СНЩС), експериментальне дослідження, біополімери, біомеханіка, хірургічні втручання.

Анотація

Анотація. Заміна скронево-нижньощелепного суглоба (СНЩС) двокомпонентним ендопротезом стало загальновизнаною стандартною процедурою, ефективність якої підтверджена численними дослідженнями з високим рівнем доказовості. Для її виготовлення традиційно використовують біосумісні / біоінертні матеріали. Мета дослідження – вивчення требологічних властивостей s зношуваності елементів двокомпонентних ендопротезів, виготовлених з Ti-PEEK та Ti-UHMWPE в стендовому натурному експерименті з відтворенням тривалих циклічних навантажень. Матеріали та методи. Для вивчення особливостей процесу тертя артикулюючих поверхонь, требологічних властивостей компонентів ендопротеза СНЩС та продуктів їх зношування в умовах тривалого циклічного навантаження залежно від матеріалу, з якого було виготовлено конструкцію, проведено серію натурних експериментальних досліджень із використанням системи для відтворення циклічного навантаження ендопротеза в діапазоні параметрів, що відповідають умовам його функціонального навантаження в клінічних умовах. Результати. За результатами дослідження требологічних властивостей компонентів ендопротеза за весь час неперервного експерименту з 1 млн циклів навантаження не було зафіксовано будь-яких відмов пристрою. Часточки РЕЕК та UHMWPE мали схожі морфологічні характеристики у всіх діапазонах розмірів від < 0,1 мкм до 100 мкм. Висновки. Двокомпонентні пацієнт-специфічні ендопротези СНЩС із парою тертя титан – РЕЕК демонструють високу зносостійкість. У процесі тертя артикулюючих поверхонь титан – РЕЕК та титан – UHMWPE утворюються продукти зношування, представлені полімерними часточками, розміри яких коливаються від < 0,1 мкм до 100 мкм. Абсолютна більшість часточок перебувала діапазоні розмірів менше за 10 мкм, що легко піддаються фагоцитозу і є найбільш біологічно-активними.

Посилання

Mercuri L.G. Alloplastic temporomandibular joint reconstruction. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Oral Radiology, and Endodontology. 1998. Vol. 85, no. 6. P. 631–637.

Historical development of alloplastic temporomandibular joint replacement after 1945 and state of the art / O. Driemel et al. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2009. Vol. 38, no. 9. P. 909–920.

Histological findings in soft tissues around temporomandibular joint prostheses after up to eight years of function / A. Westermark et al. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2011. Vol. 40, no. 1. P. 18–25.

Twenty-Year Follow-up Study on a Patient-Fitted Temporomandibular Joint Prosthesis: The Techmedica/TMJ Concepts Device / L.M. Wolford et al. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2015. Vol. 73, no. 5. P. 952–960.

De Meurechy N., Braem A., Mommaerts M.Y. Biomaterials in temporomandibular joint replacement: current status and future perspectives – a narrative review. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2018. Vol. 47, no. 4. P. 518–533.

Mercuri L.G. Silicone elastomer implants in surgery of the temporomandibular joint. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2013. Vol. 51, no. 7. P. 584–586.

Wolford L.M. Factors to Consider in Joint Prosthesis Systems. Baylor University Medical Center Proceedings. 2006. Vol. 19, no. 3. P. 232–238.

Temporomandibular Joint Total Joint Replacement – TMJ TJR / ed. by L.G. Mercuri. Cham: Springer International Publishing, 2016.

Hussain O.T., Sah S., Sidebottom A.J. Prospective comparison study of one-year outcomes for all titanium total temporomandibular joint replacements in patients allergic to metal and cobalt – chromium replacement joints in patients not allergic to metal. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2014. Vol. 52, no. 1. P. 34–37.

Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants – A review / M. Geetha et al. Progress in Materials Science. 2009. Vol. 54, no. 3. P. 397–425.

Goodman S.B. Wear particles, periprosthetic osteolysis and the immune system. Biomaterials. 2007. Vol. 28, no. 34. P. 5044–5048.

Lymphocyte responses in patients with total hip arthroplasty / N.J. Hallab et al. Journal of Orthopaedic Research. 2005. Vol. 23, no. 2. P. 384–391.

The Biology of Aseptic Osteolysis / G. Holt et al. Clinical Orthopaedics and Related Research. 2007. Vol. 460. P. 240–252.

Ma, T., & Goodman, S.B. (2011). Biological effects of wear debris from joint arthroplasties. In Comprehensive Biomaterials (pp. 79–87).

Cellular events in the mechanisms of prosthesis loosening / A. Pizzoferrato et al. Clinical Materials. 1991. Vol. 7, no. 1. P. 51–81.

Rivard C.-H., Rhalmi S., Coillard C. In vivo biocompatibility testing of peek polymer for a spinal implant system: A study in rabbits. Journal of Biomedical Materials Research. 2002. Vol. 62, no. 4. P. 488–498.

Ingham E., Fisher J. Biological reactions to wear debris in total joint replacement. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H. Journal of Engineering in Medicine. 2000. Vol. 214, no. 1. P. 21–37.

The biological response to nanometre-sized polymer particles / A. Liu et al. Acta Biomaterialia. 2015. Vol. 23. P. 38–51.

Glant T.T., Jacobs J.J. Response of three murine macrophage populations to particulate debris: Bone resorption in organ cultures. Journal of Orthopaedic Research. 1994. Vol. 12, no. 5. P. 720–731.

Green T. Polyethylene particles of a ‘critical size’ are necessary for the induction of cytokines by macrophages in vitro. Biomaterials. 1998. Vol. 19, no. 24. P. 2297–2302.

Effect of size and dose on bone resorption activity of macrophages byin vitro clinically relevant ultra high molecular weight polyethylene particles / T.R. Green et al. Journal of Biomedical Materials Research. 2000. Vol. 53, no. 5. P. 490–497.

Evaluation of the response of primary human peripheral blood mononuclear phagocytes to challenge within vitro generated clinically relevant UHMWPE particles of known size and dose / J.B. Matthews et al. Journal of Biomedical Materials Research. 2000. Vol. 52, no. 2. P. 296–307.

Comparison of the response of primary human peripheral blood mononuclear phagocytes from different donors to challenge with model polyethylene particles of known size and dose / J.B. Matthews et al. Biomaterials. 2000. Vol. 21, no. 20. P. 2033–2044.

Human monocyte response to particulate biomaterials generated in vivo and in vitro / A.S. Shanbhag et al. Journal of Orthopaedic Research. 1995. Vol. 13, no. 5. P. 792–801.

Kurtz S.M., Devine J.N. PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants. Biomaterials. 2007. Vol. 28, no. 32. P. 4845–4869.

Suitability and limitations of carbon fiber reinforced PEEK composites as bearing surfaces for total joint replacements / A. Wang et al. Wear. 1999. Vol. 225–229. P. 724–727.

Primary and secondary reconstruction of complex craniofacial defects using polyetheretherketone custom-made implants / G. Gerbino et al. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 2015. Vol. 43, no. 8. P. 1356–1363.

Patel N., Kim B., Zaid W. Use of Virtual Surgical Planning for Simultaneous Maxillofacial Osteotomies and Custom Polyetheretherketone Implant in Secondary Orbito-Frontal Reconstruction. Journal of Craniofacial Surgery. 2017. Vol. 28, no. 2. P. 387–390.

Review of emerging temporomandibular joint total joint replacement systems / R. Elledge et al. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2019. Vol. 57, no. 8. P. 722–728.

Genovesi W. A New Concept and Design for an Alloplastic TOTAL TMJ Prosthesis Using PEEK LT1 20% BA. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 2018. Vol. 76, no. 10. P. e75–e76.

Biomechanical comparative analysis of temporomandibular joint, glenoid fossa and head of the condyle of conventional models prothesis with new PEEK design W. Genovesi et al. Journal of Oral Biology and Craniofacial Research. 2022.

Macrophage reactivity to different polymers demonstrates particle size- and material-specific reactivity: PEEK-OPTIMA® particles versus UHMWPE particles in the submicron, micron, and 10 micron size ranges / N.J. Hallab et al. Part B: Applied Biomaterials. Journal of Biomedical Materials Research. 2011. Vol. 100B, no. 2. P. 480–492.

The in vitro response of human osteoblasts to polyetheretherketone (PEEK) substrates compared to commercially pure titanium / K.B. Sagomonyants et al. Biomaterials. 2008. Vol. 29, no. 11. P. 1563–1572.

Hallab N.J., Bao Q.-B., Brown T. Assessment of epidural versus intradiscal biocompatibility of PEEK implant debris: an in vivo rabbit model. European Spine Journal. 2013. Vol. 22, no. 12. P. 2740–2751.

Du Z., Zhu Z., Wang Y. The degree of peri-implant osteolysis induced by PEEK, CoCrMo, and HXLPE wear particles: a study based on a porous Ti6Al4V implant in a rabbit model. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2018. Vol. 13, no. 1.