نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد

2 دانشگاه شیراز

3 دانشگاه آزاد واحد علوم تحقیقات

چکیده

پیش‌زمینه: اﻣﺮوزه در ارﺗﻮﭘﺪی داﻣﭙﺰﺷﮑﯽ و اﻧﺴﺎﻧﯽ ﺑﺮای ﺗﺤﺮیﮏ فرایند اﻟﺘﯿﺎم ﺷﮑﺴﺘﮕﯽ‌ﻫﺎ، ﺳﺮﻋﺖ ﺑﺨﺸﯿﺪن ﺑﻪ اﺗﺼﺎل ﻣﻔﺼـﻠﯽ و ﺗﺮﻣﯿﻢ ﻧﻘﯿﺼﻪ‌ﻫﺎی اﺳﺘﺨﻮاﻧﯽ از ﭘﯿﻮﻧﺪ اﺳﺘﺨﻮاﻧﯽ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽ‌ﺷﻮد. در این مطالعه اثرات استفاده توام نانوهیدروکسی آپاتیت با مغز استخوان در ترمیم شکستگی استخوان خرگوش به شکل رادیولوژیکی و هیستوپاتولوژیکی بررسی می‌شود.
مواد و روش‌ها: این مطالعه تجربی در بهار و تابستان 1398، بر روی 20 خرگوش نر بالغ نژاد نیوزلندی 12 ماهه، به وزن تقریبی 2 کیلوگرم انجام شد. خرگوش‌ها به صورت تصادفی به 4 گروه تقسیم شدند. قطعه استخوانی از استخوان رادیوس برداشته شد در گروه اول (تعداد=5) (گروه کنترل)، نقیصه استخوانی خالی ماند و هیچ ماده‌ای تزریق نشد. در گروه دوم (تعداد=5)، در محل نقیصه نانوهیدروکسی آپاتیت، در گروه سوم (تعداد=5)، مغز استخوان و در گروه چهارم (تعداد=5)، نانوهیدروکسی آپاتیت به همراه مغزاستخوان تزریق و پوست و عضلات بخیه شد.
رادیوگراف از دست خرگوش‌ها بعد از عمل و در روز های 14، 28، 42 و 56 در نمای جانبی تهیه شد. نمونه‌برداری از استخوان جهت ارزیابی هیستوپاتولوژی در هفته هشتم انجام گرفت. رادیوگراف و نمونه‌ها از لحاظ میزان جوش‌خوردگی، فعالیت استخوان‌سازی و دوباره شکل‌پذیری مورد بررسی آماری قرار گرفت.
یافته‌ها: در بررسی رادیوگرافیکی در هفته‌های دوم و چهارم و ششم و هشتم اختلاف آماری معنی‌داری بین گروه‌ها مشهود بود (05/0p<) که این اختلاف در هفته ششم بیشتر شاخص بود. در هفته ششم مشاهده شد که گروه نانوهیدروکسی‌آپاتیت+مغزاستخوان بهتر از گروه نانوهیدروکسی‌آپاتیت به تنهایی عمل کرده بود (02/0p=). در بررسی هیستوپاتولوژیک گروه نانوذرات هیدروکسی‌آپاتیت به همراه مغز استخوان، در مقایسه با گروه کنترل روند استخوان‌سازی از شدت بیشتری برخوردار بود.
نتیجه‌گیری: نتیجه به دست آمده در مطالعه ما بیانگر این است که گروه «نانوهیدروکسی آپاتیت+مغزاستخوان» در مقایسه با دو گروه دیگر «نانوهیدروکسی آپاتیت به تنهایی» و گروه «کنترل» از نظر ترمیم استخوانی بهتر عمل کرده است. پیشنهاد می‌شود این آزمایش با مدل حیوانی بزرگتر انجام شود تا کاربرد بالینی پیدا کند

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Nano-hydroxyapatite Concurrent with Bone Marrow Treatment on Experimental Bone Defect Healing in Rabbit: Radiological and Histopathological Evaluation

نویسندگان [English]

  • Mehrdad Yadegari 1
  • Amin Bigham-Sadegh 2
  • Sanaz Farhang 3
  • Sajad Farhangi 1

چکیده [English]

Abstract
Background & Aim: Nowadays, bone grafts are used in veterinary and human orthopedic to stimulate fracture healing, accelerate joint connection, and healing of bone defects. In this study, we carried out the radiological and histopathological evaluation of the effects of nano-hydroxyapatite concurrent with bone marrow treatment on rabbit fracture repair.
Materials and Methods: This experimental study was performed in the spring and summer of 2019 on 20 male New Zealand white rabbits (12-month-old, weight=2 kg). The samples were randomly divided into four groups, and bone segments were removed from the radius. In the first group (n=5) (control), the bone defect remained empty and no substance was injected. Meanwhile, the defects in the second, third, and fourth groups (sample size of five in each group) were filled with nano-hydroxyapatite, bone marrow, and combination of nano-hydroxyapatite and bone marrow. Radiographs of the radius in each rabbit were taken at 2nd, 4th, 6th, and 8th post-operative weeks, and bone biopsy was performed in the eighth week for histopathological assessment. In addition, the radiographs and samples were evaluated in terms of union, ossification activity, and re-forming.
Results: In this study, there was a significant difference among the groups in the second, fourth, sixth, and eight weeks regarding radiographical assessments (P<0.05). However, the difference was more evident in the sixth week, when a significant difference was found between the nano-hydroxyapatite group and a combination of bone marrow and nano-hydroxyapatite group (P=0.02). In this regard, the latter had a better performance, compared to the former. In histopathological evaluation, the group of a combination of nano-hydroxyapatite and bone marrow showed higher ossification activities, compared to the control group.
Conclusion: According to the results of the study, the group of a combination of nano-hydroxyapatite and bone marrow had a better function in terms of bone healing, compared to the other two groups. Therefore, it is suggested that the method be applied to larger animal samples to confirm its clinical implications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: Rabbits
  • Fracture Healing
  • Biomaterials
  • Bone Marrow
  • Hydroxyapatite
  1. Bigham-Sadegh A, Oryan A. Selection of animal models for pre-clinical strategies in evaluating the fracture healing, bone graft substitutes and bone tissue regeneration and engineering. Connective tissue research. 2015;56(3):175-94.
  2. Wang J-L, Zin Y-T, Tzeng C-C, Lin C-I, Lin S-W, Chang G-L. The assay of bone reaction after implantation of calcium sulfate and a composite of calcium sulfate and calcium phosphate. Journal of Medical and biological Engineering. 2003;23(4):205-12.
  3. Yuan J, Zhang WJ, Liu G, Wei M, Qi ZL, Liu W, et al. Repair of canine mandibular bone defects with bone marrow stromal cells and coral. Tissue Engineering Part A. 2010;16(4):1385-94.
  4. Dorea H, McLaughlin R, Cantwell H, Read R, Armbrust L, Pool R, et al. Evaluation of healing in feline femoral defects filled with cancellous autograft, cancellous allograft or Bioglass. Veterinary and Comparative Orthopaedics and Traumatology. 2005;18(03):157-68.
  5. Weitao Y, Kangmei K, Xinjia W, Weili Q. Bone regeneration using an injectable calcium phosphate/autologous iliac crest bone composites for segmental ulnar defects in rabbits. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2008;19(6):2485-92.
  6. Brighton CT, Hunt RM. Early histologic and ultrastructural changes in microvessels of periosteal callus. Journal of orthopaedic trauma. 1997;11(4):244-53.
  7. do Nascimento C, Issa JPM, de Oliveira RR, Iyomasa MM, Siéssere S, Regalo SCH, et al. Biomaterials applied to the bone healing process. Int J Morphol. 2007;25(4):839-46.
  8. Parizi AM, Oryan A, Shafiei-Sarvestani Z, Bigham-Sadegh A. Effectiveness of synthetic hydroxyapatite versus Persian Gulf coral in an animal model of long bone defect reconstruction. Journal of Orthopaedics and Traumatology. 2013;14(4):259-68.
  9. Zimmermann KA, LeBlanc JM, Sheets KT, Fox RW, Gatenholm P. Biomimetic design of a bacterial cellulose/hydroxyapatite nanocomposite for bone healing applications. Materials Science and Engineering: C. 2011;31(1):43-9.
  10. Galli D, Vitale M, Vaccarezza M. Bone marrow-derived mesenchymal cell differentiation toward myogenic lineages: facts and perspectives. BioMed research international. 2014;2014.
  11. Prockop DJ. Marrow stromal cells as stem cells for nonhematopoietic tissues. Science. 1997;276(5309):71-4.
  12. Petite H, Viateau V, Bensaid W, Meunier A, de Pollak C, Bourguignon M, et al. Tissue-engineered bone regeneration. Nature biotechnology. 2000;18(9):959-63.
  13. Wei F, Zhou Y, Wang J, Liu C, Xiao Y. The immunomodulatory role of BMP-2 on macrophages to accelerate osteogenesis. Tissue Engineering Part A. 2018;24(7-8):584-94.
  14. Bigham-Sadegh A, Mirshokraei P, Karimi I, Oryan A, Aparviz A, Shafiei-Sarvestani Z. Effects of adipose tissue stem cell concurrent with greater omentum on experimental long-bone healing in dog. Connective tissue research. 2012;53(4):334-42.
  15. Pittenger M, Mosca J, McIntosh K. Human mesenchymal stem cells: progenitor cells for cartilage, bone, fat and stroma. Lymphoid organogenesis: Springer; 2000. p. 3-11.
  16. Jaiswal N, Haynesworth SE, Caplan AI, Bruder SP. Osteogenic differentiation of purified, culture‐expanded human mesenchymal stem cells in vitro. Journal of cellular biochemistry. 1997;64(2):295-312.
  17. Rahimzadeh R, Zomorrodi PN, Tajavanchi MF. Nano-Hydroxyapatite-Coated Cancellous Bone Graft in Bone-Defect Repair. Iranian Journal of Orthopedic Surgery. 2017;12:132-9.
  18. Lane JM, Sandhu H. Current approaches to experimental bone grafting. The Orthopedic clinics of North America. 1987;18(2):213-25.
  19. Emery SE, Brazinski MS, Koka A, Bensusan JS, Stevenson S. The biological and biomechanical effects of irradiation on anterior spinal bone grafts in a canine model. The Journal of bone and joint surgery American volume. 1994;76(4):540-8.
  20. Matos MA, Araújo FP, Paixão FB. Histomorphometric evaluation of bone healing in rabbit fibular osteotomy model without fixation. Journal of orthopaedic surgery and research. 2008;3(1):1.
  21. Karageorgiou V, Kaplan D. Porosity of 3D biomaterial scaffolds and osteogenesis. Biomaterials. 2005;26(27):5474-91.
  22. Farokhi M, Mottaghitalab F, Samani S, Shokrgozar MA, Kundu SC, Reis RL, et al. Silk fibroin/hydroxyapatite composites for bone tissue engineering. Biotechnology advances. 2018;36(1):68-91.
  23. Gholipourmalekabadi M, Mozafari M, Gholipourmalekabadi M, Nazm Bojnordi M, Hashemi‐soteh MB, Salimi M, et al. In vitro and in vivo evaluations of three‐dimensional hydroxyapatite/silk fibroin nanocomposite scaffolds. Biotechnology and applied biochemistry. 2015;62(4):441-50.
  24. Lee DH, Ryu KJ, Kim JW, Kang KC, Choi YR. Bone marrow aspirate concentrate and platelet-rich plasma enhanced bone healing in distraction osteogenesis of the tibia. Clinical Orthopaedics and Related Research®. 2014;472(12):3789-97.
  25. Gianakos A, Ni A, Zambrana L, Kennedy JG, Lane JM. Bone marrow aspirate concentrate in animal long bone healing: an analysis of basic science evidence. Journal of Orthopaedic Trauma. 2016;30(1):1-9.
  26. Nagata MJ, Santinoni CS, Pola NM, De Campos N, Messora MR, Bomfim SR, et al. Bone marrow aspirate combined with low-level laser therapy: a new therapeutic approach to enhance bone healing. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2013;121:6-14.
  27. Bigham A, Shadkhast M, Dehghani S. Autogenous bone marrow concurrent with static magnetic field effects on bone-defect healing: radiological and histological study. Comparative Clinical Pathology. 2009;18(2):163.
  28. Kilian O, Wenisch S, Karnati S, Baumgart-Vogt E, Hild A, Fuhrmann R, et al. Observations on the microvasculature of bone defects filled with biodegradable nanoparticulate hydroxyapatite. Biomaterials. 2008;29(24-25):3429-37.
  29. Oryan A, Bigham-Sadegh A, Abbasi-Teshnizi F. Effects of osteogenic medium on healing of the experimental critical bone defect in a rabbit model. Bone. 2014;63:53-60.