Dental and Medical Problems
2014, vol. 51, nr 4, October-December, p. 458–467
Publication type: original article
Language: English
License: Creative Commons Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0)
Peculiarities of Bone Regeneration in Cases of Bio-Oss® and Autological Bone Graft Use – Experimental Study
Specyfika regeneracji kostnej w przypadkach zastosowania Bio-Oss® i wszczepu kości autologicznej – badanie doświadczalne
1 Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Lviv Danylo Halytsky National Medical University, Lviv, Ukraine
Abstract
Background. Bone tissue regeneration remains one of the most important issues of maxillofacial surgery. Restoration of the native structure of bone after osteoplasty is directly related to the process of revascularization, because the growing of blood vessels into the graft is a precondition for transport of osteogenic cells, growth factors necessary for further osteogenesis.
Objectives. To determine the peculiarities of bone tissue regeneration after osteoplasty with BioOss® and compare it with autological bone graft.
Material and Methods. Experimental study was conducted on 60 white rats (males, aged 6–8 month, weight 270–380 g). The area of dorsal surface of the shinbone was used for implantation. After opening access to the bone surface, one 2 mm-diameter defect was formed on each shinbone. One of those bone defects was filled with osteoplastic material and the opposite was healing under a blood clot. After that the wound in soft tissues was closed in layer by layer. The osteocalcin level in blood serum was determined by ELISA employing N-MID Osteocalcin® ELISA (IDS) test system(enzyme immunological test for the quantitative measurement of osteocalcin). The peculiarities of revascularization were studied by histologic method. Histologic specimen were stained using Schmorl technique (thionine with phenol trinitrate) and natural hematoxylin-eosin.
Results. Mean values of osteocalcin concentration after BioOss implantation ranged from 2 ± 0.06 ng/mL to 3.65 ± 0.09 ng/mL; after autological bone graft transplant – from 1.88 ± 0.09 ng/mL to 2.2 ± 0.09 ng/mL. In the case of Bio-Oss use, the most active revascularization processes and the highest level of osteocalcin were registered on day 60. In the case of autological bone graft use, the quantity of blood vessels increased steadily and equally during the whole period of the experiment.
Conclusion. According to the obtained results, the use of autological bone graft and Bio-Oss osteoplastic material increases bone formation and revascularization activity and improves the bone structure unlike when healing took place under the blood clot.
Streszczenie
Wprowadzenie. Regeneracja tkanki kostnej pozostaje jednym z ważnych zagadnień w chirurgii stomatologicznej oraz szczękowo-twarzowej. Odbudowa naturalnej struktury kości po osteoplastyce bezpośrednio zależy od ponownego unaczynienia, ponieważ naczynia wrastające w wszczep zapewniają transport komórek osteogennych i czynników wzrostu niezbędnych do następowej osteogenezy.
Cel pracy. Ocena specyfiki regeneracji tkanki kostnej po osteoplastyce z użyciem materiału Bio-Oss® i porównanie jej z regeneracją po przeszczepie kości autologicznej w modelu doświadczalnym.
Materiał i metody. Badanie doświadczalne przeprowadzono u 60 białych szczurów (samców, w wieku 6–8 miesięcy, o wadze 270–380 g). Wszczepu dokonywano na powierzchni grzbietowej kości goleniowej. Po uzyskaniu dostępu do powierzchni kości preparowano 2 mm ubytki na obu kościach goleniowych. Jeden z nich był wypełniany materiałem autogennym lub ksenogennym, a ubytek po przeciwnej stronie pozostawiano do wygojenia naturalnego poprzez skrzep krwi. Następnie rany były zamykane warstwa po warstwie. Stężenie osteokalcyny w surowicy krwi oznaczano badaniem immunoenzymatycznym (ELISA) z użyciem testu N-MID Osteocalcin®. Przebieg rewaskularyzacji oceniano histopatologicznie. Wycinki były barwione metodą Schmorla (tionina z trójazotanem fenolu) oraz naturalną hematoksyliną i eozyną.
Wyniki. Średnie stężenie osteokalcyny po użyciu Bio-Ossu wahało się od 2 ± 0,06 ng/ml do 3,65 ± 0,09 ng/ml, a po zastosowaniu kości autologicznej od 1,88 ± 0,09 do 2,2 ± 0,09 ng/ml. Po zastosowaniu Bio-Ossu w okresie 60-dniowej obserwacji stwierdzano bardzo aktywny proces neoangiogenezy z większymi stężeniami osteokalcyny w surowicy krwi. Po implementacji kości autologicznej rewaskularyzacja następowała równomiernie przez cały okres trwania eksperymentu.
Wnioski. Wypełnienie ubytku kostnego przeszczepem autologicznym lub materiałem ksenogennym Bio-Oss powodowało nasilenie osteogenezy i rewaskularyzacji oraz dawało poprawę regeneracji kostnej w odniesieniu do gojenia samoistnego poprzez skrzep krwi.
Key words
bone regeneration, bone substitute materials, revascularization, osteocalcin
Słowa kluczowe
regeneracja kości, substytuty tkanki kostnej, rewaskularyzacja, osteokalcyna
References (17)
- Lieberman J.R., Friedlaender G.E.: Bone regeneration and repair: biology and clinical applications. Rosemont IL, Humana Press 2005, 398.
- Aziz N.: Bone grafts and bone substitutes: Basic Science and Clinical Applications. Eds.: Aziz N. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore 2005, 592.
- Dimitriou R.: Bone regeneration: current concepts and future directions. BMC Medicine 2011, 9, 66–72.
- Bauer T.W.: Bone graft materials: an overview of the basic science. Clin. Orthop. Relat. Res. 2000, 371, 10–27.
- Kanczler J.M., Oreffo R.O.: Osteogenesis and angiogenesis: the potential for engineering bone. Eur. Cell Mater. 2008, 15, 100–114.
- S eibel M.J.: Dynamics of bone and cartilage metabolism. Academic Press. 2006, 918.
- Bohner M.: Design of ceramic-based cements and putties for bone graft substitution. Eur. Cell Mater. 2010, 20, 1–12.
- Brandoff J.F.: Contemporary alternatives to synthetic bone grafts for spine. Am. J. Orthop. (Belle Mead NJ) 2008, 37, 410–414.
- Laurencin C., Khan Y., El-Amin S.F.: Bone graft substitutes. Expert. Rev. Med. Devices 2006, 3, 49–57.
- Cato T.L:. Bone graft substitutes. Bridgeport N.J.: ASTM International 2003, 315.
- Giannoudis P.V., Einhorn T.A.: Bone morphogenetic proteins in musculoskeletal medicine. Injury 2009, 40, 1–3.
- Glimcher M.J., Lian J.B.: The chemistry and biology of mineralized tissues. CRC Press, 1989, 391–396.
- Tamai S., Usui M., Yoshizu T.: Experimental and clinical reconstructive microsurgery. Springer Science & Business Media 2003, 70–72.
- Auth H.: The identification of Y-box binding protein 1 as an osteocalcin stem-loop binding protein and its functional role in the regulation of osteocalcin MRNA stability in rat osteoblast cells. ProQuest 2008, 101–103.
- Pockwinse S.M., Lawrence J.B., Singer R.H., Stein J.L., Lian J.B., Stein G.S.: Gene expression at single cell resolution associated with development of the bone cell phenotype: ultrastructural and in situ hybridization analysis. Bone 1993, 14, 347–352.
- Zhou H., Choong P., McCarthy R., Chou S.T., Martin T.J., Ng K.W.: In situ hybridization to show sequential expression of osteoblast gene markers during bone formation in vivo. J. Bone Miner. Res. 1994, 9, 1489–1499.
- Arnett T.R., Henderson B.: Methods in bone biology. Springer Science & Business Media 1998, 229–232.