Результат интеллектуальной деятельности: Способ имплантации искусственного зуба

Изобретение относится к области стоматологии и может быть использовано при замещении отсутствующих или утраченных зубов.

Общим недостатком современных наиболее распространенных способов лечения зубов (пломбирование, установка коронок, дентальная имплантация) является плохое сродство между искусственными материалами и десной, наличие на их границах микрощелей, наличие границ фаз между искусственными материалами и также между искусственными материалами и тканями зуба.

Известны более совершенные способы замещения отсутствующих зубов, однако в виду неосвоенности этих технологий на данный момент они не получили широкого распространения.

Так, например, известен способ генерации клеток-предшественников зуба, включающий выделение мезенхимальных стволовых клеток костного мозга человека или мыши, инкубацию указанных клеток в присутствии эмбриональных ротовых эпителиальных клеток по крайней мере в течение двенадцати часов и имплантацию полученных зубных клеток-предшественников хирургическим путем в ротовую полость пациента, при которой указанные клетки дифференцируются в одонтобласты и образуют пульпу, предентин, дентин или их комбинацию (US 7588936 В2, C12N 5/00, 15.09.2009).

Данный способ предусматривает операцию взятия клеток костного мозга под общим наркозом и позволяет получать только пульпу, предентин и дентин. Но в отсутствие цемента, который производится цементобластами, формирование поддерживающего аппарата зуба и обеспечение прикрепления к корню и шейке зуба волокон периодонта, скорее всего, невозможно. В отсутствие эмали дентин окажется беззащитен перед механическими, химическими и температурными раздражителями, и зуб не сможет полноценно выполнять свои функции. Поэтому на выращенный данным способом зуб опять-таки необходимо будет устанавливать коронку, при этом останется высокая вероятность возникновения пульпита.

В Полтавском центре тканевой и клеточной трансплантации разработали технологию выращивания зубов, согласно которой на месте выпавшего зуба проводят инъекцию на основе стволовых клеток молочного зуба в десну пациента. Попав в костную ткань челюсти, клетки начинают активно размножаться. Был проведен опыт, согласно которому у нескольких особей крыс удалили по зубу. Параллельно с этим пяти взрослым самкам прервали беременность, после чего вытянули из них эмбриональные зародыши челюстей неродившихся крысят. Затем с помощью специального медицинского оборудования эти зародыши зубов пересадили беззубым крысам. Через месяц на месте вырванных зубов у грызунов выросли новые (http://podrobnosti.ua/263863-ukrainskij-uchenyj-mozhet-vyrastit-novye-zuby-no-emu-ne-dajut.html, 22.11.2005).

Данная технология выращивания зубов предусматривает выделение эмбриональных стволовых клеток, что несовместимо с дальнейшей жизнью эмбрионов. Кроме того, выращенные с помощью эмбриональных стволовых клеток зубы, скорее всего, окажутся молочными и вскоре выпадут.

Современная медицина не обладает технологиями, позволяющими из пучка недифференцированных стволовых клеток получить амелобласты, цементобласты, одонтобласты, фибробласты пульпы, клетки сосудов, нервные волокна пульпы и фибробласты пародонта, причем таким образом, чтобы сформировалась структура необходимой формы. Эти трудности не позволяют выращивать полноценные зубы из стволовых клеток.

Исследователи из Орегонского Государственного Университета (Oregon State University) идентифицировали ген, именуемый Ctip2, продукт которого ответственен за воспроизводство зубной эмали (http://cbio.ru/page/43/id/3861/, 25.02.2009).

Однако на данный момент технологии лечения с использованием полученных знаний о гене Ctip2 не освоены.

В редких случаях на практике осуществляют трансплантацию зубов, которая включает в себя следующие этапы. Вначале производят компьютерную томограмму, по результатам которой изготавливают шаблон пересаживаемого зуба. Затем старый зуб удаляют и на его место пересаживают новый. Пересаженный зуб фиксируется к соседним зубам при помощи шины, которая снимается через 2-4 недели. Приживление зуба происходит за счет волокон на корне, которыми зуб удерживается в кости. После трансплантации, спустя месяц, необходимо произвести лечение каналов, чтобы избежать размножение инфекции (http://petrovka23.ru/services/Transplantation-of-teeth, 15.05.2017).

Основные трудности при трансплантации зубов заключаются в следующем. Во-первых, для ее осуществления необходимо наличие здорового (например, сверхкомплектного или ретинированного) зуба. Особые трудности при этой операции заключаются в формировании альвеолы для пересадки зуба. Большая сложность создается также в результате разницы в величине коронки и корней удаляемого и трансплантируемого зубов. Поэтому иногда приходится расширять альвеолу, уменьшать длину корня, что отражается на процессе приживления. По этим причинам затрудняется и пересадка зуба от одного человека другому (гомопластика). Таким образом, благоприятные исходы при трансплантации зуба наблюдаются довольно редко.

Наиболее распространенным способом замещения утраченных зубов является дентальная имплантация.

Попытки вживления искусственных зубов известны еще с древних времен. Учеными были обнаружены египетские мумии с золотыми имплантатами. Американские индейцы доколумбового периода практиковали стоматологическую имплантацию с использованием полудрагоценных камней. Римским солдатам пытались вживлять искусственные металлические зубы. Императорам древнего Китая вживляли имплантаты из слоновой кости (Робустова Т.Г. Имплантация зубов: хирургические аспекты. - М.: Медицина, 2003. - 557 с., страница 11; http://www.justlady.ru/articles-124728-stomatologicheskaya-implantaciya-zubov-stoimost-otzyvy-forum-oslozhneniya# ixzz4hSnxQ8Eq, 16.05.2017). Племя майя примерно в седьмом веке нашей эры практиковало имплантацию искусственных зубов, выполненных из перламутра (http://www.implant-nn.ru/istoria-implantacii.html, 18.05.2017), а в Южной Африке в начале нашей эры пытались устанавливать имплантаты, выполненные из железа (http://www.sv-varvara.ru/news/436-drevnie-implantaty, 01.03.2017).

Однако вживление искусственных зубов, выполненных из этих материалов, связано с большим количеством рисков, таких как повреждение мягких тканей и лицевой артерии, отек, повреждение нервов, атрофия костной ткани на месте фиксации искусственного зуба, его неприживление и отторжение, воспаления, боли, перимплантит (разрушение костной ткани вокруг корня имплантата), возникновение костных наростов в месте фиксации имплантанта. Вероятнее всего, подобные искусственные зубы окажутся мало пригодны для жевания.

В современной медицине наиболее широкое распространение получили титановые имплантаты. По сроку имплантации различают непосредственную имплантацию (в свежую лунку сразу после удаления зуба) и отсроченную (после полного заживления лунки). Отсроченная имплантации заключается в формировании искусственной лунки (костного ложа) для имплантата после окончательного заживления костной раны после удаления зубов. В зависимости от интенсивности репаративных процессов сроки приживления могут быть разными - от 1,5 месяцев до 1 года. Преимущество непосредственной (одноэтапной) имплантации заключается в сокращении времени лечения. Она включает в себя следующие стадии: удаление зубов или их корней, последовательную обработку лунки конусовидным, цилиндрическим и ступенчатым сверлом, введение имплантата в костное ложе, его фиксацию с помощью лигатурного связывания, защиту раны эластичной повязкой на 6 дней. После этого проводят временное протезирование, а через 3 месяца - постоянное, при этом обычно изготавливают металлокерамические протезы (Ортопедическая стоматология/Под ред. проф. В.Н. Копейкина, проф. М.З. Миргазизова. Изд. второе. - М.: «Медицина», 2001, - 555).

К основным недостаткам одноэтапной имплантации можно отнести большой риск проникновения микробов в рану, а также раннюю жевательную нагрузку на зуб, что может привести к его расшатыванию и отторжению имплантата. Сообщение альвеолы с полостью рта замедляет процессы регенерации.

Наиболее близким аналогом предложенного способа является способ имплантации искусственного зуба, при котором корень имплантата погружают в культуру недифференцированных мезенхимальных клеток, которые разделены с питательной средой, содержащей факторы роста цементобластов и фибробластов, пористой перегородкой, встряхивают его из стороны в сторону или поворачивают каждые несколько секунд, стимулируя рост клеток на корне. Это можно осуществлять механически, гидравлически или с помощью магнитного поля. Примерно через 15 дней культивирования клеток имплантат помещают в предварительно обработанную альвеолу и далее применяют стандартные методы установки коронковой части зуба (ЕР 1121064 B1, А61С 5/08, формула изобретения, страницы 7-8 описания, 01.09.2004).

Способ-прототип направлен на изготовление искусственных зубов, которые имели бы схожее с натуральными зубами крепление к кости. Образующийся в среде цементобластов и фибробластов поддерживающий аппарат зуба чем-то напоминает естественный и по аналогии с ним обладает амортизирующим эффектом - предотвращает перегрузку челюстного аппарата, снижает риск переломов ортопедических коронок и самих имплантатов.

Однако ввиду беспорядочного нахождения цементобластов и фибробластов на поверхности корня в процессе его приживления между ним и челюстной костью образуется структура, чем-то напоминающая одновременно и цемент и периодонт, при этом лишь часть цементобластов будет прилегать к корню зуба, что воспрепятствует образованию нормального поддерживающего аппарата. Структура, которая удерживает имплантат в лунке, обладает признаками периодонта, цемента и кости одновременно. Вследствие этого ее амортизирующий эффект будет значительно меньше, нежели у естественного поддерживающего аппарата зуба, и при этом из-за хаотичности этой структуры велика вероятность протекания воспалительно-дистрофических процессов.

К основным недостаткам современной имплантации в целом можно отнести следующее. Из-за незначительного нарушения гигиены операции, а также из-за индивидуальных особенностей пациента существует вероятность отторжения имплантата. Наличие границ фаз «десна/металлический имплантат/абатмент/коронка» приводит к размножению в этой области бактерий. В случае разборной конструкции коронку рекомендуется регулярно снимать для прочистки десны и имплантата. В отличие от живого зуба, имплантаты не имеют сродства с десной, и поэтому между ними и десной образуются микрощели, в которых скапливается пища и бактерии. В некоторых случаях это может приводить к дискомфорту при жевании. Существует вероятность нарушения герметичности соединения имплантата с абатментом, что также послужит причиной распространения бактерий и возникновения неприятного запаха изо рта. Амортизирующая функция тканей, окружающих имплантат, очень низкая даже в случае лечения способом-прототипом. После удаления зуба зачастую требуется длительное время перед установкой имплантата для заживления десны и зарастания альвеолы костью, что может привести к невозможности проведения одноэтапной имплантации и затягиванию лечения более чем на полгода.

Задачей предложенного изобретения является разработка эффективного способа имплантации искусственного зуба, в отличие от современных титановых имплантатов по своим параметрам больше напоминающего натуральный, и технически проще осуществимого, нежели выращивание целого зуба с помощью стволовых клеток.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение сродства искусственного зуба с биологическими тканями, улучшение приживаемости, снижение вероятности размножения бактерий в области зуба и, как следствие, исключение неприятного запаха, формирование правильного поддерживающего аппарата зуба (кость-периодонт-цемент-корень) и, как следствие, повышение амортизирующего эффекта, повышение возможности протекания репаративных процессов, а также уменьшение времени лечения за счет уменьшения временного интервала с момента удаления зуба до момента приживления искусственного.

Технический результат достигается предложенным способом имплантации искусственного зуба, включающим обработку альвеолы, введение в нее искусственного зуба с нанесенными на его корень цементобластами и фибробластами и его фиксацию, при этом в альвеолу вводят искусственный зуб, выполненный из гидроксиапатита, а на его корень предварительно наносят слой питательной среды с цементобластами и поверх него слой питательной среды с фибробластами таким образом, чтобы не перемешать указанные клеточные слои, причем в питательные среды добавляют загуститель, между слоем питательной среды с цементобластами и слоем питательной среды с фибробластами размещают рассасывающуюся мембрану и/или используют питательные среды с различной плотностью.

Питательные среды можно смешать с медицинским клеем.

Поверх слоя питательной среды с фибробластами также можно разместить рассасывающуюся мембрану.

Предложенный способ применим как в случае, если зубы уже давно отсутствуют, так и непосредственно сразу после их удаления.

Перед операцией необходимо создать 3D-модель, по которой изготавливается впоследствии приживляемый зуб из гидроксиаппатита.

Далее на его корень последовательно наносят слой питательной среды с цементобластами и поверх него слой питательной среды с фибробластами.

Фибробласты могут быть извлечены из живого организма либо получены из стволовых клеток, как в способе-прототипе. Цементобласты могут быть извлечены из удаляемого зуба, донорного либо также получены из стволовых клеток.

После удаления зуба, либо после формирования углубления оно обрабатывается обеззараживающим раствором, например мирамистином.

Затем в него помещается корень искусственного зуба с нанесенными на него цементобластами и фибробластами.

Питательная среда способствует сохранению клеток. Ее предварительное смешение с медицинским клеем будет способствовать дополнительной фиксации зуба в альвеоле и вместе с тем сохранению целостности клеточных слоев. Цементобласты обеспечивают дальнейшее возникновение и наращение на корне цемента.

Для развития периодонта наиболее важными факторами являются наличие зубного цемента и фибробластов. Цемент принимает активное участие в формировании поддерживающего аппарата зуба, обеспечивает прикрепление к корню и шейке зуба волокон периодонта, участвует в репаративных процессах. Он препятствует сращению кости альвеолы с дентином, таким образом сохраняя поддерживающий аппарат зуба в виде соединительной ткани, а не в виде сплошной кости. В то же время фибробласты, которые составляют наибольшую популяцию клеток периодонта, секретируют предшественников белков коллагена и эластина. В процессе жизни часть фибробластов может дифференцироваться в стационарные клеточные элементы - фиброциты, другая - в миофибробласты, способные к сократительной активности.

Упорядоченное взаимное расположение цементобластов и фибробластов способствует образованию поддерживающего аппарата зуба правильной структуры с наличием границ между последовательно расположенными цементом, периодонтом и костью, что отличает предложенный способ от способа-прототипа.

Коллагеновые волокна периодонта будут сращиваться с цементом и прорастут в поры корня зуба. Таким образом, сформируется естественный поддерживающий аппарат.

Биоактивный минерал гидроксиаппатит имеет сродство с зубным цементом и деснами, он ускорит заживление десны, обеспечит зарастание щели между зубом и десной. Наподобие естественного зуба его искусственный аналог из гидроксиаппатита подвержен минерализации ионами кальция, фтора, фосфат-ионами.

Фиксировать зуб в альвеоле после операции можно с помощью наложения шины. Однако несмотря на жесткую фиксацию приживляемого зуба нагрузка при жевании на него все равно будет идти. Для предотвращения смешения питательных сред, содержащих разные виды клеток, а также их стекания в них нужно добавлять загустители. Если питательные среды подбирать с сильно отличающимися плотностями, то смешение клеток в процессе жевательной нагрузки будет минимальным.

При незначительной разности плотностей их смешение будет намного значительней, однако его можно избежать посредством размещения между клеточными слоями рассасывающейся мембраны, которая в первые дни формирования поддерживающего аппарата зуба позволит ему принять правильную форму. Для сохранения целостности слоя питательной среды с фибробластами данную мембрану также рекомендуется наносить поверх него.

Размещение между слоями клеточных сред и поверх слоя питательной среды с фибробластами рассасывающейся мембраны, а также добавление в клеточные среды медицинских клеев предпочтительно для предотвращения рассасывания данных сред в альвеоле. Это, в свою очередь, расширяет ряд применяемых загустителей и повышает надежность предложенного способа.

Задавать плотности клеточных сред возможно в первую очередь путем добавления в них загустителей с различными плотностями в различных количествах, а также используя разные питательных среды.

Таким образом, использование клеточных сред различной плотности, добавление в них загустителей и наличие между ними рассасывающейся мембраны предотвратят нежелательное смешение клеток.

Пример.

Было произведено 3D-моделирование искусственного зуба, после чего он был изготовлен посредством фрезерной обработки синтетического гидроксиаппатита с последующей полировкой его коронковой части.

Полученные из мезенхимальных стволовых клеток цементобласты были помещены в питательную среду Игла MEM с солями Хенкса, с глутамином, добавлением загустителя агар-агара и медицинского клея ВербаФарм БФ-6. Плотность клеточной среды составила 1,52 г/см³.

Выделенные из кожи фибробласты были помещены в питательную среду RPMI-1640 с глутамином, добавлением загустителя желатина и медицинского клея ВербаФарм БФ-6. Плотность клеточной среды составила 1,09 г/см³.

На корень зуба был нанесен тонкий слой питательной среды с цементобластами, поверх него была размещена рассасывающаяся коллагеновая

мембрана «КолГАРА барьер», поверх которой был нанесен слой питательной среды, содержащей фибробласты.

В данном примере демонстрируется применение клеточных сред с различными плотностями и вместе с тем применение рассасывающейся мембраны, помещаемой между клеточными средами.

Сразу после удаления верхнего седьмого зуба справа, предварительно обработав лунку 0,05% раствором мирамистина, иммобилизованного на «Полисорбе-МП», в лунку аккуратно поместили корень искусственного зуба, чтобы не перемешать клеточные слои, и неподвижно закрепили его при помощи шины.

Через три недели шину сняли. Последующие несколько дней положение зуба подстраивалось под прикус пациента.

Через месяц после операции была исследована область установленного искусственного зуба. Воспалений не наблюдалось. Зуб был неподвижен. Карманы между зубом и десной отсутствовали. Жевательная функция была в норме. Рентгеновский снимок показал отсутствие деструкции тканей сформировавшегося пародонта. На корне зуба находился ровный слой цемента.

После длительного сна пациента в течение последующего месяца по краям зуба, в особенности между зубами и в местах соединения с десной, водили кисточкой. Неприятные запахи отсутствовали.

Биосовместимость искусственного зуба, послойное расположение цементобластов и фибробластов служат повышению приживляемости, снижению вероятности протекания воспалительно-дистрофических процессов в поддерживающем аппарате, что наряду с монолитной структурой зуба снижает вероятность размножения бактерий и, как следствие, возникновения неприятного запаха изо рта.

Послойное расположение питательных сред с разными видами клеток обеспечивает формирование правильного поддерживающего аппарата зуба, что дает возможность протеканию репаративных процессов и увеличивает амортизирующий эффект. Имплантация монолитного искусственного зуба в один этап сокращает время лечения за счет уменьшения временного интервала с момента удаления зуба или подготовки лунки до момента приживления искусственного.

Монолитность и биосовместимость искусственного зуба служат залогом отсутствия неприятного запаха изо рта и сохранения здоровья слюнных желез.

Таким образом, предложенный способ является относительно простым и позволяет за небольшой срок приживлять искусственные зубы, в большей степени схожие с натуральными. Множество преимуществ свидетельствует о перспективности данного способа и может позволить ему прийти на смену современным методам дентальной имплантации с применением металлических стержней.