Przydatność skaningowej mikroskopii
elektronowej w ocenie struktury kości i doborze
materiałów alloplastycznych w rekonstrukcji
ubytków twarzoczaszki
The suitability of scanning electron microscopy in the
evaluation of bone structure surfaces and selection
of alloplastic materials for facial skeletal reconstruction
Katarzyna Job
ABCDEF, Jacek Składzień
BDFGKlinika Otolaryngologii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie; Kierownik: prof. dr hab. n. med. Jacek Składzień
Article history: Received: 17.12.2020 Accepted: 17.12.2020 Published: 28.12.2020
STRESZCZENIE: Wstęp: Zaburzenia natury funkcjonalnej lub estetycznej mogą występować nawet przy nieznacznych ubytkach kości twarzo- czaszki. Najczęstszymi przyczynami takich ubytków są urazy oraz operacje onkologiczne. Znaczne postępy w zakresie lecze- nia chirurgicznego pozwoliły na rozszerzanie zakresu resekcji, zwiększenie radykalności onkologicznej, a także skuteczności leczenia, dając pacjentowi szansę na dłuższe życie. Wymaga to jednak zastosowania w późniejszym czasie jeszcze bardziej zaawansowanych technik rekonstrukcji, aby pomóc pacjentom odzyskać dawną jakość życia i komfort, a także umożliwić im powrót do aktywności zawodowej i społecznej. Konieczność wykonania zabiegu rekonstrukcyjnego dotyczy nie tylko pa- cjentów chorych na raka, ale także osób z upośledzeniem lub zaburzeniem funkcji sensorycznej oraz czynności narządów w wyniku stanów zapalnych, urazów czy zabiegów z przyczyn nieonkologicznych. Dostępnych jest wiele opcji zabiegów re- konstrukcyjnych, które są uzależnione od: miejsca ubytku, rodzaju utraconej tkanki, stopnia ubytku oraz czynników zależ- nych od pacjenta. Materiał używany do rekonstrukcji kostnej może obejmować własne tkanki pacjenta, jeśli są dostępne, zaś w pozostałych przypadkach tworzywa sztuczne.
Materiał i metody: Analizie poddano fragmenty tkanki kostnej pobrane w warunkach zabiegowych. Ze względu na istotę zabie- gu medycznego oraz brak możliwości replantacji, tkankę uznano za odpad medyczny. Do obserwacji zastosowanych preparatów użyto mikroskopu optycznego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Przeprowadzono także analizę chemiczną. Ba- danie składu chemicznego próbek przebiegało przy użyciu detektora niskiej próżni (LVD) przy napięciu przyspieszającym 15 kV i 10 kV oraz przy wielkości plamki 4 i 3,5. Obserwacje prowadzono w układzie detekcji elektronów wtórnych (SE).
Wyniki: W obserwacji parametrów pod mikroskopem optycznym oraz obrazów uzyskanych za pomocą skaningowego mi- kroskopu elektronowego ujawniono obecność typowej, zbitej tkanki kostnej o zróżnicowanych kształtach w każdym przy- padku (różne stopnie nierówności i porowatości). Analiza składu chemicznego pozwoliła na potwierdzenie obecności związ- ków z układu CaO-P2O5-H2O. Stosunek wapnia [Ca] do fosforu [P] uzyskany w analizie chemicznej wahał się od 1,33 do 2,1, wskazując na zróżnicowaną morfologię fosforanów wapnia, tworzących struktury kostne twarzoczaszki.
Wnioski: (1) Fosforany wapnia cechują się doskonałą biozgodnością ze względu na swoje chemiczne podobieństwo do kości i są idealne do odbudowy ubytków kostnych w obrębie twarzoczaszki; (2) spośród kilku grup biomateriałów stosowanych w inżynierii tkankowej, polimery biodegradowalne charakteryzują się największym potencjałem użytkowym ze względu na możliwość dostosowania ich do indywidualnych potrzeb, a także wysoką biokompatybilność.
SŁOWA KLUCZOWE: detekcja elektronów wtórnych, hydroksyapatyt, skaningowy mikroskop elektronowy
ABSTRACT: Introduction: Functional and aesthetic problems can arise even from minor losses in the facial skeleton. Injuries and oncological surgeries are the most frequent causes of these losses within the facial skeleton. Advances in surgical interventions have allowed for ever-increasing degrees of resections, increasing oncological radicality as well as treatment effectiveness, providing the patient with a chance for living a longer life. However, this subsequently requires the use of even more advanced reconstruction techniques in order to restore the patients’ quality of life and comfort, as well as enable their
Wkład autorów:
A – Projekt badań B – Zbieranie danych C – Analiza statystyczna D – Interpretacja danych E – Przygotowanie manuskryptu F – Analiza literatury G – Zbieranie funduszy
WYKAZ SKRÓTÓW
AM – technologia wytwarzania przyrostowego EDS – Spektroskopia rentgenowska z dyspersją HAp – hydroksyapatyt
HNSCC – płaskonabłonkowy rak głowy i szyi LVD – detektor niskiej próżni
PLLA – poli-L-laktyd RP – szybkie prototypowanie SE – elektron wtórny
WSTĘP
Każdego roku na całym świecie diagnozuje się ponad 500 000 nowych przypadków raka płaskonabłonkowego głowy i szyi (HNSCC). Często- tliwość zachorowań rośnie z każdym rokiem. U około jednej trzeciej pacjentów nowotwór rozpoznaje się we wczesnych stadiach klinicz- nych (stadium I lub II), zaś u pozostałych w stadium zaawansowanym (III lub IV). Szybki rozwój technik diagnostycznych i chirurgicznych, umiejętność korzystania z nowatorskich narzędzi chirurgicznych oraz współpraca interdyscyplinarna pozwalają na operowanie nie tylko pacjentów w początkowym stadium choroby, ale także w bardzo za- awansowanych przypadkach uznawanych wcześniej za nieoperacyjne.
Znaczne postępy w zakresie leczenia chirurgicznego pozwoliły na rozszerzanie zakresu resekcji, zwiększenie radykalności onkologicz- nej, a także skuteczności leczenia, dając pacjentowi szansę na dłuższe życie. Wymaga to jednak zastosowania w późniejszym czasie jeszcze bardziej zaawansowanych technik rekonstrukcji, aby pomóc pacjen- towi odzyskać dawną jakość życia i komfort, a także umożliwić mu powrót do aktywności zawodowej i społecznej. Konieczność wyko- nania zabiegu rekonstrukcyjnego dotyczy nie tylko pacjentów cho- rych na raka, ale także tych z upośledzeniem lub zaburzeniem funkcji sensorycznej oraz czynności narządów w wyniku stanów zapalnych, urazów czy zabiegów z przyczyn nieonkologicznych.
Dostępnych jest wiele opcji zabiegów rekonstrukcyjnych, które są uzależnione od: miejsca ubytku, rodzaju utraconej tkanki, stopnia ubytku oraz czynników zależnych od pacjenta. Materiał używany do rekonstrukcji kostnej może obejmować własne tkanki pacjenta, jeśli są dostępne, zaś w pozostałych przypadkach tworzywa sztuczne [1, 2].
Dynamiczny rozwój biomateriałów w medycynie miał swój począ- tek w XX wieku. Rodzaj materiałów stosowanych w medycynie za- leżał od aktualnego stanu wiedzy oraz możliwości technicznych.
W miarę postępu nauki i technologii stosowano różne dodatkowe stopy metali oraz materiały syntetyczne.
Implanty metalowe wprowadzone w połowie XX wieku wiązały się z wysokim ryzykiem odrzucenia przez gospodarza oraz charaktery- zowały się szkodliwym wpływem jonów metali na organizm ludz- ki. Pierwsze doniesienia dotyczące stosowania sztucznych tworzyw w alloplastyce opublikowano w 1894 roku, kiedy to Fraenkel podjął próbę wypełnienia ubytku czaszki celuloidem. Niestety uporczywe niepowodzenia opóźniły dalsze próby o prawie pół wieku. Kolej- nym przykładem istotnego utrudnienia hamującego postęp w ko- rzystaniu z nowych materiałów w alloplastyce jest rok 1950, kiedy to opublikowano tezę popartą wynikami badań, które wskazywały, że wiele tworzyw sztucznych stosowanych w doświadczeniach na zwierzętach wykazuje właściwości rakotwórcze.
Materiały stosowane obecnie są biokompatybilne i całkowicie bezpieczne dla pacjentów. Implanty można podzielić na biosta- tyczne, biomechaniczne i bioestetyczne. Implanty biostatycz- ne stanowią podporę dla odnowy lub uzupełnienia brakujących tkanek lub narządów, zaś implanty biomechaniczne obejmują głów- nie protezy stawu [3–5].
Bieżące prace nad nowymi materiałami przeznaczonymi do zasto- sowań medycznych otworzyły nowe możliwości dla materiałów po- limerowych i biostabilnych materiałów metalicznych (tytan, stop TiA1V). Zgodnie z ustaleniami Konferencji Biomateriałów z roku return to professional and social activities. The necessity of reconstructive surgery applies not only to patients with cancer, but also to those with impaired or failing sensory and organ function as a result of inflammatory conditions, injuries, or non- oncological surgeries. There are many available reconstruction procedures, which depend on the location of the loss, the type of tissue lost, the degree of loss and patient-dependent factors. Materials used in reconstruction surgeries may include the patients’ tissues when available, and artificial reconstruction materials otherwise.
Material and methods: The analysis involved fragments of bone tissue removed during surgery. Due to the nature of the medical procedure and the inability to replant the tissue, it was regarded as medical waste. The preparations used were observed under an optical microscope and a scanning electron microscope, and a chemical analysis was performed. The chemical composition of samples was analysed using a low vacuum detector (LVD) at an accelerating voltage of 15 kV and 10 kV and at a spot size of 4 and 3.5. The observations were performed in a secondary electron (SE) detection system.
Results: Observation of parameters under an optical microscope and of images obtained using a scanning electron microscope revealed the presence of typical compact bone tissue with varied surface shapes in each case (various degrees of unevenness and porosity). Chemical composition analysis confirmed the presence of compounds from the CaO-P2O5- H2O system. The Ca/P (calcium/phosphorus) ratio obtained from the chemical analysis varied from 1.33 to 2.1 and indicated a varied morphology of calcium phosphates forming the bone structures of the facial skeleton.
Conclusions: (1) Calcium phosphates are characterized by excellent biocompatibility because of their chemical affinity to bone and are ideal for the reconstruction of bone losses within the facial skeleton; (2) biodegradable polymers have the highest functional potential among several groups of biomaterials used in tissue engineering because of their ability to be tailored individually, in addition to their high biocompatibility.
KEYWORDS: hydroxyapatite, scanning electron microscope, secondary electron detection
CEL BADANIA
Ocena stanu powierzchni i analiza składu chemicznego kości twa- rzoczaszki w celu doboru optymalnego biomateriału do zastoso- wania w operacjach rekonstrukcyjnych i naprawczych.
MATERIAŁ I METODY
Analizie poddanych zostało 30 fragmentów tkanki kostnej pobra- nych w trakcie zabiegu operacyjnego. Ze względu na istotę zabie- gu medycznego oraz brak możliwości replantacji, tkankę uznano za odpad medyczny. Zgodę na przeprowadzenie badań wydała Komisja Bioetyczna.
Zebrane próbki podzielono na trzy grupy w zależności od miejsca, z którego zostały pobrane:
•
Grupa I – tkanka kostna z kosteczek słuchowych, nr 10;•
Grupa II – tkanka kostna z kostnej ramy oczodołów, nr 10;•
Grupa III – tkanka kostna z fragmentu przegrody nosowej, nr 10.W pierwszym etapie do analizy powierzchni badanej próbki wy- korzystano mikroskop optyczny. W kolejnym kroku przygotowa- no materiały do oceny skaningowym mikroskopem elektronowym oraz do przeprowadzenia analizy chemicznej.
Mikrostrukturę powierzchni preparatu kostnego badano za pomo- cą skaningowego mikroskopu elektronowego z przystawką do ana- lizy składu chemicznego w mikroobszarach przy użyciu techniki EDS (ang. Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy; EDAX). W celu przeprowadzenia obserwacji próbkę zamocowano na stole mikro- skopowym za pomocą taśmy przewodzącej na bazie węgla. Pomiar odbył się przy użyciu detektora niskiej próżni (LVD) przy wielkości napięcia przyspieszającego 15 kV i 10 kV oraz przy wielkości plam- ki 4 i 3,5. Obserwacje prowadzono w systemie detekcji elektronów wtórnych (SE).
WYNIKI
W obserwacji parametrów pod mikroskopem optycznym oraz obrazów uzyskanych za pomocą skaningowego mikroskopu elek- tronowego ujawniono obecność typowej, zbitej tkanki kostnej o zróżnicowanych kształtach w każdym przypadku (różne stopnie nierówności i porowatości) (Ryc. 1.–4.).
1982 (Biomaterials. Consensus Conference at the National Institute of Health), przyjęto, że biomateriał to każda inna substancja niż lek albo kombinacja substancji syntetycznych lub naturalnych, która może być użyta w dowolnym czasie, a której zadaniem jest uzupeł- nianie lub zastąpienie tkanek narządu lub jego części w celu speł- nienia ich funkcji [6].
Biomateriały stosowane w zabiegach rekonstrukcyjnych lub na- prawczych powinny wykazywać jednocześnie optymalne właści- wości fizykochemiczne i biologiczne. Właściwości fizykochemicz- ne obejmują: sztywność i powierzchnię materiału, moduł Younga i moduł Kirchhoffa oraz gęstość materiału. Do powyższych należy dodać optymalne właściwości biologiczne, tj.: biostabilność śro- dowiska, brak nasilonych reakcji obronnych, brak nasilonych re- akcji toksycznych i alergicznych oraz brak działania mutagennego i rakotwórczego, które składają się na optymalny materiał [7, 8].
Ryc. 1. (A, B) Mikroskopia optyczna: Wewnętrzna powierzchnia fragmentu szkieletu
kostnego – oczodół, ściana boczna (za zgodą M. Ziąbek). Ryc. 4. Powierzchnia części kostnej przegrody nosowej widoczna pod skaningowym mikroskopem elektronowym. (A) x1000, (B) x400. Skaningowy mikroskop elektronowym CM UJ K. Świeży.
Ryc. 2. Skaningowy mikroskop elektronowy: Wewnętrzna powierzchnia fragmentu szkieletu kostnego – oczodół, ściana boczna. (A) x2000; (B) x4000 (za zgodą M. Ziąbek).
A A
A
B B
B
Ryc. 3. Powierzchnia kosteczek słuchowych widoczna pod skaningowym mikroskopem elektronowym. (A) powierzchnia młoteczka x44, (B) powierzchnia stawu kowadełkowego x44, (C) kowadełko x48, (D) głowa młoteczka x40. Skaningowy mikroskop elektronowy CM UJ K. Świeży.
A
B
C
D
chemiczne tkanek kostnych w obrębie twarzoczaszki, które stano- wią punkt wyjściowy do poszukiwań optymalnych biomateriałów do odbudowy ubytków kostnych w tym obszarze anatomicznym.
Wyjałowienie, wyłuszczanie i wytrzewienie należą do najbardziej szkodliwych procedur medycznych wykonywanych obecnie w tym obszarze. Usunięcie zawartości oczodołu, często wraz z fragmen- tami ścian oczodołu, powoduje całkowite przerwanie połączeń anatomicznych zarówno w obrębie oczodołu, jak i twarzy [9–15].
We współczesnej okulistyce stosuje się wiele rodzajów implantów wewnątrzoczodołowych. Pierwsze próby zastosowania hydroksy- apatytu w oczodole podjęto w połowie lat 80. XX w., wcześniej uży- wano go zazwyczaj w ortopedii bądź chirurgii szczękowo-twarzowej.
Ze względu na swoje chemiczne podobieństwo do kości, fosforany wapnia cechują się doskonałą biozgodnością. Posiadają one wła- ściwości osteokondukcyjne, ułatwiając tworzenie nowych tkanek kostnych. Fosforany wapnia mogą krystalizować do soli, takich jak hydroksyapatyt (HAp) lub fosforan trójwapniowy, w zależności od stosunku Ca:P. Hydroksyapatyt (HAp) posiada podobną strukturę chemiczną do naturalnego składnika kości i tkanek twardych u ssa- ków. Naturalnie występuje w formie minerału Ca(PO4)3(OH) i po- siada idealny stosunek Ca:P, który wynosi 10:6. Z obserwacji poczy- nionych w trakcie badań wynika, że kość przegrody nosowej posiada najbardziej zbliżoną do hydroksyapatytu budowę chemiczną. Stoso- wanie porowatych implantów oczodołowych z hydroksyapatytu lub porowatego polietylenu zapewnia lepsze wyniki w okresie bezpo- średnio po zabiegu operacyjnym. Porowate materiały umożliwiają wrastanie się tkanek, przez co zmniejsza się prawdopodobieństwo przemieszczenia się lub wyparcia wszczepu. Ponadto po zakończeniu etapu gojenia spojówki wpływają również na proces zaprotezowa- nia pacjenta oraz na ruchomość protezy. Pomimo ogromnego po- dobieństwa składu chemicznego hydroksyapatytu do składu tkan- ki kostnej oczodołu, istnieje coraz więcej przypadków, w których Analiza składu chemicznego pozwoliła na potwierdzenie obec-
ności związków z układu CaO-P2O5-H2O. Stosunek wapnia [Ca]
do fosforu [P] uzyskany w analizie chemicznej wahał się od 1,33 do 2,1 i wskazywał na zróżnicowaną morfologię fosforanów wap- nia tworzących struktury kostne twarzoczaszki (Ryc. 5., Tab. I.).
Porównanie uzyskanych wyników z przykładami fosforanu wapnia reprezentującego CaO-P2O5-H2O pozwoliło ustalić, że do związ- ków chemicznych najbardziej przypominających kości twarzo- czaszki należą: Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ (hydroksyapatyt, Ca/P – 1,667), fosforan trójwapniowy Ca₃(PO₄)₂ Ca/P – 1,5), fosforan oktakwap- niowy (Ca₈H₂(PO₄)₆ 5H₂O, Ca/P – 1,33) oraz fosforan czterowap- niowy (Ca₄(PO₄)₂O, Ca/P – 2,0) (Tab. II.).
OMÓWIENIE
Zabiegi rekonstrukcyjne oraz naprawcze mają szczególne znacze- nie w medycynie i stanowią istotny krok w każdym zabiegu chirur- gicznym. Systematycznie rosnąca oczekiwana długość życia, wzrost liczby operacji onkologicznych wraz z poszerzanym obszarem resek- cji oraz coraz większe problemy estetyczne, psychologiczne i zawo- dowe, z jakimi borykają się pacjenci poddawani operacjom, rodzą potrzebę poszukiwania nowych rozwiązań medycznych. Oprócz własnych tkanek pacjenta (wolne płaty, płaty uszypułowane, ko- ści i tkanki mięśniowe itp.), współczesna medycyna wciąż szuka rozwiązania w syntetycznych biomateriałach. W odpowiedzi na rosnące wymagania pacjentów, nowoczesna medycyna potrze- buje równie nowoczesnych rozwiązań. Dotychczasowe metody terapeutyczne ulegają systematycznej poprawie dzięki postępom poczynionym nie tylko w medycynie, ale także w otaczającej ją technologii. W pracy przedstawiono analizy mikroskopowe oraz
Tab. I. Wyniki obserwacji przeprowadzonych pod mikroskopem optycznym i skaningowym mikroskopem elektronowym oraz wyniki analizy chemicznej.
Analiza tkanki kostnej za pomocą
mikroskopu optycznego Analiza tkanki kostnej za
pomocą SEM Analiza chemiczna tkanki kostnej Tkanka kostna – kosteczki
słuchowe Powierzchnia typowa dla zbitej tkanki kostnej; gładka, z miejscowymi nierównościami.
Mikrostruktura badanej próbki była jednolita, tkanka kostna zwarta i bez widocznej porowatości.
Skład chemiczny odpowiadający kości.
Morfologia fosforanu wapnia.
Stosunek Ca:P = 1,33
Tkanka kostna ramy ścian
oczodołu Powierzchnia typowa dla zbitej tkanki kostnej; gładka, z miejscowymi nierównościami, lekko porowata.
Mikrostruktura badanej próbki była jednolita, tkanka kostna zwarta i bez widocznej porowatości.
Skład chemiczny odpowiadający kości.
Morfologia fosforanu wapnia.
Stosunek Ca:P = 2,1
Tkanka kostna, przegroda
nosowa Powierzchnia typowa dla zbitej tkanki kostnej, z nierównościami i znaczną porowatością.
Mikrostruktura badanej próbki była jednolita, tkanka kostna zwarta, nieznaczna porowatość.
Skład chemiczny odpowiadający kości. Morfologia fosforanu wapnia.
Stosunek Ca:P = 1,6
Tab. II. Przegląd fosforanu wapnia – układ CaO-P2O5-H2O.
Oznaczenie Nomenklatura chemiczna Wzór chemiczny Stosunek Ca/P
TTCP fosforan czterowapniowy Ca4(PO4)2O 2.0
Hap hydroksyapatyt Ca₁10(PO4)6(OH)2 1.667
TCP fosforan trójwapniowy Ca3(PO4)2 1.5
OCP fosforan oktawapniowy Ca8H2₁(PO4)6₁₁5H2O 1.33
DCPA fosforan dwuwapniowy CaHPO4₁₁2H2O 1.0 DCPAH dwuwodny fosforan dwuwapniowy CaHPO4₁₁2H2O 1.0
ulega degradacji, która przebiega w określony sposób, z szybkością dostosowaną do tempa proliferacji komórek. Oznacza to elimina- cję konieczności wyjęcia implantu po zakończeniu terapii, tym sa- mym zwiększając prawdopodobieństwo sukcesu terapeutycznego.
W chwili obecnej zastosowanie nowoczesnych technologii cyfro- wych umożliwia indywidualne dostosowanie projektów rekonstruk- cji chirurgicznych w postaci w pełni wszczepionej, sterylnej tkanki kostnej, przeznaczonej do rehabilitacji utraconych lub uszkodzonych fragmentów kości twarzoczaszki. Każdorazowo prefabrykowane elementy są z łatwością adaptowane w warunkach zabiegowych, zaś ich powierzchnia jest optymalnie dostosowana do ubytku kost- nego w porównaniu ze standardowymi blokami kostnymi [30–32].
WNIOSKI
1. Fosforany wapnia cechują się doskonałą biozgodnością ze wzglę- du na swoje chemiczne podobieństwo do kości i idealnie nadają się do odbudowy ubytków kostnych w obrębie twarzoczaszki;
2. Spośród kilku grup biomateriałów stosowanych w inżynierii tkankowej, polimery biodegradowalne charakteryzują się naj- większym potencjałem użytkowym, ze względu na możliwość dostosowania ich do indywidualnych potrzeb, a także wysoką biokompatybilność.
FINANSOWANIE
Publikacja została sfinansowana ze środków na badania statutowe Katedry Otolaryngologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.
konieczne staje się zastosowanie innych materiałów lub technologii alloplastycznych. W ostatnich latach technologia szybkiego proto- typowania, a w szczególności druk 3D, stała się bardziej popularna i powszechna. Metoda szybko zdobyła popularność i stanowi obecnie alternatywę w procesie tworzenia prototypów w medycynie, a tak- że w inżynierii biomedycznej i tkankowej. Szybkie prototypowanie (ang. rapid prototyping; RP), znane również pod pojęciem SFF (ang. solid free-form fabrication), to grupa technologii przyrostowej wytwarzania AM (ang. additive manufacturing), opierająca się na tworzeniu fizycznego obiektu trójwymiarowego metodą warstwa po warstwie. Spośród różnych materiałów stosowanych w druku 3D, najczęściej używanym i najlepiej przebadanym materiałem w in- żynierii tkankowej jest poli-L-laktyd (PLLA). PLLA wykazuje bar- dzo dobrą biokompatybilność oraz bardzo korzystne właściwości mechaniczne. Według naszych wcześniejszych obserwacji, idealnie nadaje się do wypełniania ubytków w przegrodzie nosowej [16–24].
Na podstawie przeprowadzonej analizy wybrano hydroksyapa- tyt, ponieważ jest on kompatybilny z tkankami kostnymi z okolicy ucha środkowego i stanowi doskonały materiał do przeszczepów.
Zabiegi rekonstrukcyjno-naprawcze stosowane w kofochirurgii stanowią drugi etap interwencji, takich jak usuwanie miejsc zapal- nych w trakcie leczenia przewlekłego zapalenia ucha środkowego, a także zabiegów onkologicznych (rekonstrukcja kosteczek słucho- wych, tylnej ściany przewodu słuchowego czy obliteracja jamy wy- rostka sutkowatego). Często wykonywane są one na drugim etapie zabiegu, przywracając funkcjonalność słuchową pacjenta oraz ni- welując potencjalne ograniczenia zdolności sportowych lub zawo- dowych. Jak pokazują nasze obserwacje, polecany hydroksyapatyt lub materiał alternatywny (cement glasjonomerowy) idealnie nada- ją się do obliteracji części sutkowej kości skroniowej, rekonstruk- cji niewielkich ubytków kostnych w okolicy ucha środkowego, czy rekonstrukcji tylnej ściany przewodu słuchowego zewnętrznego.
Niemniej jednak autorzy preferują implanty tytanowe lub implan- ty wykonane z polimerów termoplastycznych przeznaczone do rekonstrukcji kosteczek słuchowych, niemodyfikowane dodatko- wymi jonami, co pozwala zapobiec ewentualnemu negatywnemu działaniu na czynność ucha wewnętrznego. Obserwacje pokry- wają się z wynikami innych doniesień. Przy ustalaniu doboru bio- materiałów do rekonstrukcji szkieletu twarzoczaszki, oprócz cech, takich jak skład chemiczny i biokompatybilność z docelowym śro- dowiskiem, należy pamiętać szczególnie o strukturze przestrzen- nej oraz powierzchni zrostu, będącej w kontakcie z tkankami go- spodarza. W ramach analizy zaobserwowano zbitą tkankę kostną o zróżnicowanej porowatości oraz obecność miejscowych nierów- ności we wszystkich przypadkach poddanych pomiarom zarówno pod mikroskopem optycznym, jak i skaningowym mikroskopem elektronowym [25–29].
Wygląda na to, że polimery biodegradowalne mają największy po- tencjał funkcjonalny spośród kilku grup biomateriałów stosowanych w inżynierii komórkowej. Rusztowanie wykonane z takich materiałów
Ryc. 5. Przykładowy wykres – analiza chemiczna tkanki kostnej twarzoczaszki. C – węgiel, P – potas, Ca – wapń, Na – sód (za zgodą M. Ziąbek).
PIŚMIENNICTWO
1. Ribeiro F.A., Tamaoki Y., Cabral G.W.: Feasibility of ossicular chain recon- struction with resin cement. Braz J Otorhinolaryngol., 2017; 83(2): 132–136.
2. ajzer I., Stręk P., Wiatr M. et al.: Biomaterials in the Reconstruction of Nasal Septum Perforation. Ann Otol Rhinol Laryngol., 2020; 3: 3489420970589.
3. Zhao L., Li J., Gong S.: Comparison of the application of artificial ossicles and autologous ossicles in the reconstruction of a damaged ossicular chain. J La- ryngol Otol.; 2018; 132(10): 885–890.
4. Sarmento K.M.A. Jr, de Oliveira C.A.C.P., Sampaio A.L.L., Sales A.F.: Erosion of the long process of the incus with incomplete ossicular discontinuity in
C Ka O Ka
P Ka
CIKa
2.00 4.00
CIKb
CaKb CaKa
NaKa
DOI:
Copyright:
Competing interests:
Corresponding author:
Cite this article as:
Word count: 2269 Tables: 2 Figures: 5 References: 32
10.5604/01.3001.0014.6174 Table of content: https://otolaryngologypl.com/resources/html/articlesList?issueId=0 Some right reserved: Polish Society of Otorhinolaryngologists Head and Neck Surgeons. Published by Index Copernicus Sp. z o.o.
The authors declare that they have no competing interests.
The content of the journal „Polish Society of Otorhinolaryngologists Head and Neck Surgeons” is circulated on the basis of the Open Access which means free and limitless access to scientific data.
This material is available under the Creative Commons – Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
The full terms of this license are available on: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/legalcode Lek. med. Katarzyna Job; Klinika Otolaryngologii, Chirurgii Głowy i Szyi Uniwersytetu Jagiellońskiego Kraków;
ul. Jakubowskiego 2, 30-688 Kraków, Polska; tel.: +48 12 400 27 50; e-mail: kajob14@interia.pl
Job K., Skladzien J.: The suitability of scanning electron microscopy in the evaluation of bone structure surfaces and selection of alloplastic materials for facial skeletal reconstruction; Otolaryngol Pol 2020; 74 (1-6); DOI:
10.5604/01.3001.0014.6174 (Advanced online publication) simple chronic otitis media: Should we reconstruct or leave it be? Clin Otola-
ryngol., 2018;43(1): 300–305.
5. Haberman R.S. 2nd, Salapatas A.M.: Hearing Outcomes after Ossicular Re- construction with Removal of the Malleus. Otolaryngol Head Neck Surg., 2018;158(1): 144–150.
6. Galletti P., Boretos J.: Report on the Consensus Development Conference on “Clinical Applications of Biomaterials,” 1–3 November 1983. https://doi.
org/10.1002/jbm.820170312.
7. Gu F.M., Chi F.L.: Titanium ossicular chain reconstruction in single stage canal wall down tympanoplasty for chronic otitis media with mucosa defect. Am J Otolaryngol., 2019; 40(2): 205–208.
8. Douglas T.E.L., Keppler J.K., Vandrovcová M. et al.: Enhancement of Biomi- metic Enzymatic Mineralization of Gellan Gum Polysaccharide Hydrogels by Plant-Derived Gallotannins. Int J Mol Sci., 2020; 21(7): 2315.
9. Składzień J., Wiatr A., Wiatr M. et al.: Rehabilitation after surgical treatment of retrobulbar tumors. Otolaryngol Pol, 2020; 74 (5): 7–10.
10. Agarwala S.: Electrically Conducting Hydrogels for Health care: Concept, Fa- brication Methods, and Applications. Int J Bioprint., 2020; 6(4): 309.
11. Tomczykowa M., Plonska-Brzezinska M.E.: Conducting Polymers, Hydrogels and Their Composites: Preparation, Properties and Bioapplications. Polymers (Basel), 2019; 11(2): 350.
12. Jang T.S., Jung H.D., Pan H.M. et al.: 3D printing of hydrogel composite sys- tems: Recent advances in technology for tissue engineering Int J Bioprint., 2018; 4(1): 126.
13. Wiatr A., Składzień J., Świeży K., Wiatr M.: A Biochemical Analysis of the Sta- pes. Med Sci Monit., 2019; 25: 2679–2686.
14. Kurian M., Stevens R., McGrath K.M.: Towards the Development of Artifi- cial Bone Grafts: Combining Synthetic Biomineralisation with 3D Printing. J Funct Biomater., 2019; 10(1): 12.
15. Zhang L., Yang G., Johnson B.N., Jia X.: Three-dimensional (3D) printed scaf- fold and material selection for bone repair. Acta Biomater., 2019; 84: 16–33.
16. Friedrich O., Roohani-Esfahani S.I., Zreiqat H.: A Novel Bone Substitute with High Bioactivity, Strength, and Porosity for Repairing Large and Load-Bearing Bone Defects. Adv Healthc Mater., 2019; 8(8): e1801298.
17. Sommer A.C., Blumenthal E.Z.: Implementations of 3D printing in ophthal- mology. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol., 2019; 257(9): 1815–1822.
18. Zhong N., Zhao X.: 3D printing for clinical application in otorhinolaryngology Eur Arch Otorhinolaryngol., 2017; 274(12): 4079–4089.
19. Hong C.J., Giannopoulos A.A., Hong B.Y. et al.: Clinical applications of three- -dimensional printing in otolaryngology-head and neck surgery: A systematic review. Laryngoscope., 2019; 129(9): 2045–2052.
20. Louvrier A., Marty P., Barrabé A. et al.: How useful is 3D printing in maxil- lofacial surgery? J Stomatol Oral Maxillofac Surg., 2017; 118(4): 206–212.
21. Pugliese L., Marconi S., Negrello E.: The clinical use of 3D printing in surgery.
Updates Surg., 2018; 70(3): 381–388.
22. Canzi P., Capaccio P., Marconi S. et al.: Feasibility of 3D printed salivary duct models for sialendoscopic skills training: preliminary report. Eur Arch Otor- hinolaryngol., 2020; 277(3): 909–915.
23. Wiatr A., Składzień J., Wiatr M.: Auditory ossicles in Scanning Electron Mi- croscopy. Otolaryngol Pol., 2020; 74(4): 1–7.
24. Skoulakis C., Koltsidopoulos P., Iyer A., Kontorinis G.: Mastoid Obliteration with Synthetic Materials: A Review of the Literature. J Int Adv Otol., 2019;
15(3): 400–404.
25. Kang J., Oh S.J., Lee H.M. et al.: In Vivo Study of Mastoid Obliteration Using Hy- droxyapatite-Chitosan Patch. J Biomed Nanotechnol., 2017; 13(12): 1715–1724.
26. de Veij Mestdagh P.D., Colnot D.R., Borggreven P.A., Orelio C.C., Quak J.J.:
Mastoid obliteration with S53P4 bioactive glass in cholesteatoma surgery. Acta Otolaryngol., 2017; 137(7): 690–694.
27. Bernardeschi D., Law-Ye B., Bielle F. et al.: Bioactive glass granules for mastoid and epitympanic surgical obliteration: CT and MRI appearance. Eur Radiol., 2019; 29(10): 5617–5626.
28. Hellingman C.A., Geerse S., de Wolf M.J.F., Ebbens F.A., van Spronsen E.: Ca- nal wall up surgery with mastoid and epitympanic obliteration in acquired cholesteatoma. Laryngoscope., 2019; 129(4): 981–985.
29. Slinger C.A., McGarry G.W.: Nose and sinus tumours: red flags and referral.
Br J Gen Pract., 2018; 68(670): 247–248.
30. Teschner M., Lilli G., Lenarz T.: Comparison of superelastic nitinol stapes prostheses and platin teflon stapes prostheses. Eur Arch Otorhinolaryngol., 2019; 276(9): 2405–2409.
31. Iacoboni I., Perrozzi F., Macera L. et al.: In situ syntheses of hydroxyapatite- -grafted graphene oxide composites. J Biomed Mater Res A., 2019; 107(9):
2026–2039.
32. Nasker P., Samanta A., Rudra S. et al.: Effect of fluorine substitution on sinte- ring behaviour, mechanical and bioactivity of hydroxyapatite. J Mech Behav Biomed Mater., 2019; 95: 136–142.
