Biology of the calcium phosphate integration in human long bones

Summary

Calcium phosphate ceramics implanted in bones are integrated following a sequence of biological events which has already been described. We had the opportunity to analyze histologically some HA-ceramic samples that had been implanted in humans for various periods of time.

Eight biopsies were obtained from calcium phosphate ceramics implanted in different sites. All the samples were implanted for periods ranging from 4 to 15 months.

The samples were fixed in ethanol and embedded in hydroxyethylmetacrylate or polymethyl methacrylate. 5 μm thick sections were prepared and stained with Giemsa or by Von Kossa method. Alkaline phosphatase and tartrate resistant acid phosphatase (TRAP) were revealed by histochemical methods. Different osteointegration stages were evidenced.

In early stages, hematoma remnants were still visible. These implants were invaded by a loose connective tissue in which some cell condensations were apparent. They lead to the formation of bone trabeculae by direct ossification. Some osteoblasts differentiated at the ceramic surface and synthesized osteoid tissue on the material. The fibroblast-like cells of the loose connective tissue were TRAP+. Most of them had TRAP+ nucleus and contained no cytoplasm vesicles. Multinucleated TRAP+ osteoclasts showing TRAP- negative nuclei were found in Howship's lacunae at the bone surface.

Certain implants were integrated within mature bone in a later stage.

Résumé

Des céramiques de phosphate de calcium de mêmes caractéristiques ont été implantées dans des os longs chez l'homme en tant que matériau de comblement. Huit biopsies ont été effectuées à l'occasion de retrait de matériau d'ostéosynthèse et analysées histologiquement. Les céramiques ont été implantées pour des périodes allant de 4 à 15 mois. Les coupes ont été effectuées sur des échantillons non ou partiellement déminéralisés. Les activités phosphatase alcaline et acide tartrate résistante ont été mises en évidence. Les implants étaient à des stades d'intégration osseuse différents. A un stade précoce, les implants étaient envahis par un tissu conjonctif lâche contenant de nombreuses cellules ayant une morphologie fibroblastique et dont les noyaux manifestaient une activité phosphatase acide tartrate résistante. A un stade ulérieur, un tissu conjonctif plus dense entourait les céramiques avec une condensation collagénique à la surface de l'implant. De nombreuses cellules fibroblastiques présentaient une activité phosphatase alcaline membranaire. Enfin au dernier stade, du tissu osseux a été trouvé dans les pores de la céramique au contact du matériau. La quantité de tissu ostéoide était parfois relativement importante. Des fragments de céramique ont été retrouvés dans les trabécules néoformés. En conclusion, les céramiques utilisées ont été bien intégrées dans le tissu osseux des os longs mais certaines caractéristiques de la réaction d'intégration étaient différentes de celle qui est classiquement décrite chez l'animal en bonne santé.