2658-6533Научные результаты биомедицинских исследований2658-653310.18413/2313-8955-2018-4-3-0-51514Фармакология, клиническая фармакологияВЫБОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ В БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ИМПЛАНТАТОВ (ОБЗОР)THE PROBLEM OF EXPERIMENTAL MODEL CHOICE IN BIOMEDICAL RESEARCHES OF IMPLANTS (REVIEW)ДолжиковАлександр АнатольевичDolzhikovAleksandr A.dolzhikov@bsuedu.ruДолжиковаИрина НиколаевнаDolzhikovaIrina N.dolzhikova@bsuedu.ru20184300

Актуальность: Биомедицинские исследования и совершенствование способов изготовления материалов медицинского назначения с заданными свойствами и их фармакологического сопровождения привели к интеграции достижений в материаловедении и медицине и появлению новой медицинской отрасли, получившей название имплантология. Одной из основных ее проблем является создание моделей для тестирования новых материалов с возможностью экстраполирования на клинические ситуации у человека. Для создания и изучения таких моделей одним из ключевых и сложных моментов является обоснование выбора объекта исследования, обладающего определенными свойствами. Цель исследования: Анализ литературных данных по сравнительным характеристикам экспериментальных моделей для исследования металлических имплантатов в условиях in vitrо  и на различных животных с учетом  технических, анатомических особенностей, этических аспектов и адекватности получаемых данных для клинических ситуаций. Материалы и методы: Использовались современные литературные данные для сравнения степеней сходства костей некоторых млекопитающих с костями человека по показателям микро- и макроструктуры, составу и ремоделированию. Результаты: Среди различных животных, используемых в биомедицинских исследованиях, сопоставимыми с клиническими ситуациями у человека по данным большинства авторов являются модели на собаках, биологические особенности костей у которых являются сопоставимыми с таковыми у человека. Однако целесообразно  использование и других широко применяемых в экспериментах животных, таких как кролики, когда выполняются исследования скринингового характера. Заключение: Установлено, что собаки  в наибольшей степени соответствуют ключевым характеристикам подходящей модели. Использование других животных, таких как кролики имеет ряд препятствий как технического и так и этического характера, поэтому их использование  целесообразно только в скрининговых целях перед тестированием имплантатов на других животных.

Background: Biomedical researches and improvement of methods for medical materials manufacturing with certain properties and their pharmacological support caused the integration of achievements in materials science and medicine and the emergence of a new medical industry, called implantology. One of its main problems is the creation of models for testing new materials with the possibility of extrapolating to clinical situations in humans. To create and study such models, one of the key and difficult moments is the justification of the choice of an object of research possessing certain properties. The aim of the study: Analysis of literature data on the comparative characteristics of experimental models for the investigation of metal implants in vitro and on different animals, taking into account technical, anatomical features, ethical aspects and adequacy of the data obtained for clinical situations. Materials and methods: Modern literature data were used to compare the similarities between the bones of some mammals and human bones in terms of micro- and macrostructure indicators, composition and remodeling. Results: Among the various animals used in biomedical research, comparable to clinical situations in humans according to the data of the majority of authors are models on dogs whose biological features of bones are comparable to those in humans. However, it is advisable to use other animals widely used in experiments, such as rabbits, when screening studies are performed. Conclusion: It was found that dogs are most consistent with the key characteristics of a suitable model. The use of other animals such as rabbits has a number of obstacles, both technical and ethical, and therefore their use is advisable only for screening purposes before testing implants in other animals.

модели на животныхбиоматериалыостеоинтеграцияимплантатыanimal-modelsbiomaterialsosseointegrationimplantsСписок литературыМорфологический анализ костного дефекта при использовании импланта титана, обработанного пескоструйным методом с раз личными композитными покрытиями в динамике первого месяца регенерации / Л.А. Павлова [и др.] // Научные ведомости Белгородского государственного университета. 2010. N 4(75). С. 58-63.Морфогенез костной ткани при применении наноимплантов / Л.А. Павлова [и др.] // Матер. IV всероссийского съезда патологоанатомов. Белгород. 2013. С. 204-205.Параскевич В.Л. Дентальная имплантология: Основы теории и практики. Минск: Юнипресс, 2002. 368 с.Юшков М.Ю. Хирургия дефектов неба с использованием материалов с памятью формы: автореф. дис. канд. мед. наук. Иркутск. 2008. 23 с.Опыт применения индивидуальных титановых имплантатов для восстановления анатомической структуры носа / В.В. Епишев [и др.] // Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2016. N 18(3). С. 107-114.Казьмин А.И.Хирургическое лечение дегенеративных заболеваний пояснично-крестцового отдела позвоночника с применением стержней из нитинола: дис. канд. мед. наук. М., 2016. 145 с.Панов А. Хирургическое лечение разрывов ахиллова сухожилия с использованием сверхэластичных имплантатов из никелида титана (клинико-экспериментальное исследование): автореф. дис. канд.мед.наук. Кемерово. 2009. 22 с.Schmidt C., Ignatius A.A., Claes L.E. Proliferation and differentiation parameters of human osteoblasts on titanium and steel surfaces // J Biomed Mater Res. 2001. N 54. P. 209-215.Immunogold labelling of fibroblast focal adhesion sites visualised in fixed material using scanning electron microscopy, and living, using internal reflection microscopy / R.G. Richards [et al.] // Cell Biol Int. 2001. N 25. P. 1237-1249.Hanks C.T., Wataha J.C., Sun Z. In vitro models of biocompatibility: a review // Dent Mater. 1996. N 12. P. 186-193.Nahid M., Bottenberg P. L’intérêt des cultures cellulaires dans la recherche de matériaux dentaires biocompatibles. (Importance of cell cultures inbiocompatible dental materials research) // Rev Belge Med Dent. 2003. N 189-196.Sheep model in orthopedic research: a literature review / L. Martini [et al.] // Comp Med. 2001. N 51. P. 292-299.Determining relevance of a weight- bearing ovine model for bone ingrowth assessment / B.M. Willie [et al.] // J Biomed Mater Res. 2004. N 69. P. 567-576.Cell culture methods for testing biocompatibility / A. Pizzoferrato [et al.] // Clin Mater. 1994. N 15. P. 173-190.Mechanically loaded ex vivo bone culture system ‘Zetos’: systems and culture preparation / C.M. Davies [et al.] // Eur Cell Mater. 2006. N 57-75.Dissemination of wear particles to the liver, spleen, and abdominal lymph nodes of patients with hip or knee replacement / R.M. Urban [et al.] // J Bone Joint Surg Am. 2000. N 457-476.Repair of sheep long bone cortical defects with Colloss®, Colloss E®, Ossaplast®, Ortho and iliac crest autograft / W.E. Huffer [et al.] // Proc 52nd Orthop Res Soc, Chicago II (Abstr.), 2006. 890.Tissue response and biomaterial integration: the efficacy of in vitro methods / C.J. Kirkpatrick [et al.] // Biomol Eng. 2002. N 19. P. 211-217.Comparison of human and canine external femoral morphologies in the context of total hip replacement / R.D. Bloebaum [et al.] // J Biomed Mater Res. 1993. N 27. P. 1149-1159.Newman E, Turner A.S., Wark J.D. The potential of sheep for the study of osteopenia: current status and comparison with other animal models // Bone. 1995. N 16. P. 277-284.Schimandle J.H., Boden S.D. Spine update. The use of animal models to study spinal fusion // Spine. 1994. N 19. P. 1998-2006.Selection of an appropriate animal model to study aging processes with special emphasis on the use of strains / D.G. Hazzard [et al.] // J Gerontol. 1992. N 47. P. 63-64.Neyt J.G., Buckwalter J.A., Carroll N.C. Use of animal models in musculoskeletal research // Iowa Orthop J. 1998. N 18. P. 118-123.DeKleer V. Development of bone. Bone in Clinical Orthopaedics, (Sumner-Smith G, ed) W.B., Saunders Co, Philadelphia, PA. 2006. P. 1-80.Wang X., Mabrey J.D., Agrawal C.M. An interspecies comparison of bone fracture properties // Biomed Mater Eng. 1998. N 8. P. 1-9.The limitations of canine trabecular bone as a model for human: a biomechanical study / J.L. Kuhn [et al.] // J Biomech. 1989. N. 95-107.Interspecies differences in bone composition, density, and quality: potential implications for in vivo bone research / J. Aerssens [et al.] // J Endocrinology. 1998. N 139. P. 663-670.Gong J.K., Arnold J.S., Cohn S.H. Composition of trabecular and cortical bone // Anat Rec. 1964. N 149. P. 325-332.Retrieval analysis of a hydroxyapatite-coated hip prosthesis / R.D. Bloebaum [et al.] // Clin Orthop Relat Res. 1991. N 267. P. 97-102.Egermann M., Goldhahn J., Schneider E.. Animal models for fracture treatment in osteoporosis // Osteoporos Int. 2005. Vol. 16 (Suppl 2). 129-138.Fernandez-Tresguerres-Hernandez-Gil I., Alobera-Gracia M.A., del Canto Pingarron M., Jerez L.B. Physiological bases of bone regeneration I. Histology and physiology of bone tissue // Med Oral Patol Oral Cir Bucal. 2006. N 11. P. 47-51.Kimmel D.B., Jee W.S. A quantitative histologic study of bone turnover in young adult beagles // Anat Rec. 1982. N 203. P. 31-45.Polig E., Jee W.S. Bone structural parameters, dosimetry, and relative radiation risk in the beagle skeleton // Radiat Res. 1989. N 120. P. 83-101.The beagle as an experimental dog / W.S. Jee [et al.] // Ames: Iowa State University Press. 1970. P. 162-188.Magee F.P., Longo J.A., Hedley A.K. The effect of age on the interface strength between porous coated implants and bone // Trans Orthopaed Res Soc. 1989. N 14. P. 575.Properties of growing trabecular ovine bone. Part I: Mechanical and physical properties / A. Nafei [et al.] // J Bone Joint Surg Br. 2004. N 82. P. 910-920.Bone regeneration in animals and in man. A contribution to understanding the relative value of animal experiments to human pathophysiology / F. Eitel [et al.] // Arch Orthop Trauma Surg. 1981. N 99. P. 59-64.Goats as an osteopenic animal model / K.S. Leung [et al.] //J Bone Miner Res. 2001. N 16. P. 2348-2355.Mineral evolution of bone / A. Ravaglioli [et al.] // Biomaterials. 1996. N 17. P. 617-622.Variations in trabecular bone composition with anatomical site and age: potential implications for bone quality assessment / J. Aerssens [et al.] // J Endocrinology. 1997. N 155. P. 411-421.Mechanical and histological analysis of bone-pedicle screw interface in vivo: titanium versus stainless steel / C. Sun [et al.] // Chin Med J (Engl). 1999. N 112. P. 456-460.Turner A.S., Villanueva A.R. Static and dynamic histomorphometric data in 9- to 11-year old ewes // Poster Session Abstracts. 1993. ACVS. P. 413.An Y.H., Friedman R.J., editors. Animal selections in orthopaedic research. In: Animal Models in Orthopaedic Research. CRC Press LLC, Boca Raton, FL. 1999. P. 39-57.Кулаков А.А., Григорьян А.С. Проблема интеграции в дентальной имплантологии // Журнал Стоматология. 2007. N 3. С. 5-7.Liebschner M.A. Biomechanical considerations of animal models used in tissue engineering of bone // Biomaterials. 2004. N 25. P. 1697-1714.Critical size defect in the goat’s os ilium. A model to evaluate bone grafts and substitutes / M.L. Anderson [et al.] // Clin Orthop Relat Res. 1999. N 231-239.Repairing of goat tibial bone defects with BMP-2 gene-modified tissue-engineered bone / K.R. Dai [et al.] // Calcif Tissue Int. 2005. N 77. P. 55-61.Spaargaren D.H. Metabolic rate and body size: a new view on the ‘surface law’ for basic metabolic rate // Acta Biotheor. 1994. N 263-269.Incorporation of morsellized bone graft under controlled loading conditions. A new animal model in the goat / N.M. Lamerigts [et al.] //Biomaterials. 2000. N 21. P. 741-747.Influence of surface characteristics on bone integration of titanium implants. A histomorphometric study in miniature pigs / D. Buser [et al.] // J Biomed Mater Res. 1991. N 25. P. 889-902.Swindle M.M., Smith A.C., Hepburn B.J. Swine as models in experimental surgery // J Invest Surg. 1988. N 1. P. 65-79.Bone regeneration in osseous defects using a resorbable nanoparticular hydroxyapatite / M. Thorwarth [et al.] // J Oral Maxillofac Surg. 2005. N 63. P. 1626-1633.Histomorphological study on pattern of fluid movement in cortical bone in goats / L. Qin [et al.] // Anat Rec. 1999. N 255. P. 380-387.Calcium-restricted ovariectomized Sinclair S-1 minipigs: an animal model of osteopenia and trabecular plate perforation / L. Mosekilde [et al.] // Bone. 1993. N 14. P. 379-382.Kragstrup J., Richards A., Fejerskov O. Effects of fluoride on cortical bone remodeling in the growing domestic pig // Bone. 1989. N 10. P. 421-424.Laiblin C., Jaeschke G. Klinisch-chemische Untersuchungen des Knochen- und Muskelstoffwechsels unter Belastung bein Göttinger Miniaturschwein - eine experimentelle Studie (Clinical-chemical investigations of the metabolism of bone and muscle under stress in the Göttiningen miniature pig – an experimental study) // Berl Münch Tierärztl Wschr. 1979. N 92. P. 124.Bone mineral measurements of subchondral and trabecular bone in healthy and osteoporotic rabbits / S. Castaneda [et al.] // Skeletal Radiol. 2006. N 35. P. 34-41.Changes of femoral bone tissue microstructure in transgenic rabbits / M. Martiniakova [et al.] // Folia Biol (Praha). 2005. N 51. P. 140-144.Effect of sex steroids on peak bone density of growing rabbits / V. Gilsanz [et al.] // Am J Physiol. 1988. N 255. P. 416-421.