Project Profibone: X-ray CT investigation of in vivo performance of novel 3D-printed scaffolds implanted in rat cranium

Projekt Profibone: Rentgenové CT vyšetření in vivo nových 3D tištěných skafoldů implantovaných do lebky potkana

abstract

Czech

In this work, implants 3D-printed from several material compositions including calcium phosphates, thermosensitive polymers, chitosan and therapeutic agents were investigated. The implants are intended for use in cranioplasty after neurosurgery. In vivo trials were terminated at two timepoints, after 3 weeks and 3 months. Pieces of crania containing two holes, originally of ca. 3.5 mm diameter, were received. The holes were positioned side by side in the parietal bone, ca. 1.5-2 mm apart, and either contained an implant or were left empty. The empty holes and implants without additives served as controls. X-ray CT scans were performed in a Nanotom S instrument from Waygate Technologies. Projection images were collected using a source voltage of 90 kV and a source current of 90 µ A, with no X-ray filters employed; the achieved voxel size was 11.00 µm. A qualitative evaluation of the data was performed, describing visible characteristics. Quantitative evaluation of new bone formation was complicated by the similar gray scale values of implant and newly formed bone. In addition, variations in the structure of the implants and the holes made the digital isolation of newly formed bone from implant material hard. A quantification of bone formation in and around the implants was attempted by inserting a cylinder of defined size into the holes, calculating the volume of bone and implant within the cylinder and comparing results for the two timepoints. The work is part of the profiBONE project.

V této práci byly zkoumány implantáty 3D vytištěné z několika materiálových složení včetně fosforečnanů vápenatých, termosenzitivních polymerů, chitosanu a terapeutických látek. Implantáty jsou určeny pro použití při kranioplastice po neurochirurgii. In vivo studie byly ukončeny ve dvou časových bodech, po 3 týdnech a 3 měsících. Kusy lebky obsahující dva otvory, původně ca. Byly přijaty průměr 3,5 mm. Otvory byly umístěny vedle sebe v temenní kosti, ca. 1,5-2 mm od sebe a buď obsahovaly implantát, nebo byly ponechány prázdné. Prázdné otvory a implantáty bez přísad sloužily jako kontroly. Rentgenové CT skeny byly provedeny v přístroji Nanotom S od Waygate Technologies. Projekční obrazy byly shromažďovány za použití zdroje napětí 90 kV a proudu zdroje 90 uA, bez použití rentgenových filtrů; dosažená velikost voxelu byla 11,00 um. Bylo provedeno kvalitativní vyhodnocení dat, popisující viditelné charakteristiky. Kvantitativní hodnocení novotvorby kosti bylo komplikováno podobnými hodnotami šedé škály implantátu a nově vytvořené kosti. Navíc změny ve struktuře implantátů a otvorů ztěžovaly digitální izolaci nově vytvořené kosti z materiálu implantátu. Pokusila se kvantifikace tvorby kosti v implantátech a kolem nich vložením válce definované velikosti do otvorů, vypočítáním objemu kosti a implantátu ve válci a porovnáním výsledků pro dva časové body. Práce je součástí projektu profiBONE.

bone cement, computer tomography, low-temperature 3D printing, bioactive compounds, osseointegration, rat femur bone defect, rat parietal cranial bone defect

kostní cement, počítačová tomografie, nízkoteplotní 3D tisk, bioaktivní sloučeniny, osseointegrace, kostní defekt stehenní kosti potkana, defekt parietální kraniální kosti potkana

ÖRLYGSSON, G.; CHUEN HOW, N.; KLEIN, P.; VOJTOVÁ, L.; VIŠTEJNOVÁ, L.

25. 4. 2024

Praha

978-80-01-07293-6

Bioimplantologie a regenerativní medicína 2024

1. elektronické

19

19

59

https://921c88450d.clvaw-cdnwnd.com/17e12706bb26b88046060a8921d16f31/200000499-73ed673ed8/bioimplantologie_2024_sbornik.pdf?ph=921c88450d