Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 72-119.

Aim: The aim of the current study was to evaluate the combined effect of synthetic nano-
hydroxyapatite/silica gel bone substitute (NanoBone®) and hemodialysate (Solcoseryl®) on the
gamma irradiated bone regeneration (bone area percentage) and its nanomechanical properties when
compared to non-grafted gamma irradiated bone in rat animal model after four weeks.

Methodology: A total of 70 adult male Wistar albino rats (total of 70 defects, 1 defect/rat) with
mean weight of 120-150 g were used in the study and randomly divided into five groups (14
rats/group); 4 irradiated groups (Control (Ir-C) without any treatment, NanoBone®-treated (Ir-N),
Solcoseryl®-treated (Ir-S), NanoBone® + Solcoseryl®-treated (Ir-NS)) groups and one non-
irradiated NanoBone® + Solcoseryl®-treated (Nr-NS) group. The rats were anesthetized and
subjected to external gamma radiation where a single dose of 12 Gy was delivered to the cranial
region while shielding the rest of the body. Surgical procedures were performed three days after
irradiation where a single centralized full thickness critical-sized defect of 5 mm diameter and 1
mm in depth was made in the calvarium of each rat. Each defect was filled with the assigned
treatment except for the control group (Ir-C) that was left empty. Rats were sacrificed after four
weeks. Thirty calvarial specimens (6 specimens per group) were prepared for histologic and
histomorphometric evaluation and 40 specimens were prepared for nanomechanical properties
measurement (8 specimens per group). All quantitative data were statistically analyzed using
Shapiro-Wilk, Kolmogorov-Smirnov tests and one-way Analysis of Variance (ANOVA) followed
by Tukey’s Post Hoc test where the statistical significance level was set at P ≤ 0.05.


viii

Results: The histological results revealed that the bone defects of the Ir-C group were filled with
granulation tissue enclosing scattered thin newly formed bone trabeculae with random arrangement
of fine collagen fibrils and extravasated blood. In contrast, the Ir-N and Ir-S groups showed
remnants of both materials and newly formed bone trabeculae with thicker well-organized collagen
fibers and well-arranged fine collagen fibrils. On the other hand, the Ir-NS and Nr-NS groups
revealed thicker newly formed bone trabeculae with thick well-organized collagen fibers and well-
arranged fine collagen fibrils. Additionally, newly formed blood vessels were observed in all treated
groups. The results of the histomorphometric analysis revealed that the Ir-C group showed the
lowest significant mean area % of newly formed bone, followed by the Ir-S and Ir-N groups with
insignificant difference between both groups, followed by the Ir-NS group. Finally, the Nr-NS
group possessed the highest significant mean area % of newly formed bone. The results of the
nanomechanical properties measurement revealed that the Ir-C group showed the lowest significant
mean nano-hardness and indentation modulus values, followed by the Ir-S group, Ir-N group, Ir-NS
group and finally the Nr-NS group with significant differences between all groups. The comparison
between the indentation modulus to nano-hardness (IE/NH) ratio revealed that the Ir-C group had
the highest significant ratio, followed by Ir-S group, while the the lowest IE/NH ratios were
obtained by the rest of the groups where there were insignificant differences between the Ir-N
group, the Ir-NS group and the Nr-NS group.

Conclusions: The combination of synthetic nano-hydroxyapatite/silica gel bone substitute
(NanoBone®) and hemodialysate (Solcoseryl®) increased the area percent of newly formed bone and
improved its nanomechanical properties. Thus, it enhanced the quality and quantity of regenerated
gamma irradiated rat bone.

Clinical significance: The combination of synthetic nano-hydroxyapatite/silica gel bone
substitute (NanoBone®) and hemodialysate (Solcoseryl®) could be a novel approach to promote
bone regeneration with enhanced nanomechanical properties in cancer patients subjected to
radiotherapy.

إن العلاج الإشعاعي له العديد من التأثيرات الضارة على أنسجة الفم وخاصة أنسجة العظام مما يؤدي إلى تلف خلايا العظام والخلايا البطانية والجهاز الوعائي وهذا يضر بقدرة العظام على الشفاء والتجديد. وقد أجريت دراسات وأعطت نتائج واعدة لتجديد العظم الطبيعي باستخدام بديل صناعي للعظم مكون من النانو هيدروكسي اباتيت مع هلام السيليكا بسبب قدرته على تحفيز تكوين العظام، علاوة على ذلك، فقد أظهرالهيمودياليسيت الخالي من البروتين العديد من التأثيرات الدوائية التي تعزز الدورة الدموية وشفاء الجروح وتجديد العظام.
ولذلك فقد تم إجراء هذه الدراسة لتقييم التأثير المشترك لبديل العظم النانو هيدروكسي أباتيت / هلام السيليكا (®NanoBone) والهيمودياليسيت (®Solcoseryl) على تجديد العظم المشعع بأشعة الجاما (النسبة المئوية لمساحة العظم) والخواص النانو ميكانيكية مقارنة بالعظم الغير المطعم والذي تم تشعيعه بأشعة الجاما في نموذج حيواني من الجرذان بعد أربعة أسابيع.
تم استخدام ٧٠ ذكرًا بالغًا من جرذان ويستار البيضاء (إجمالي ٧٠ ثقبًا، ثقب واحد/ جرذ) بمتوسط وزن١٢٠-١٥٠ جم في هذه الدراسة. تم تنفيذ جميع الإجراءات المتعلقة بالحيوانات وفقًا لتوجيهات لجنة اخلاقيات ورعاية واستخدام الحيوانات في التعليم والبحث العلمي بجامعة القاهرة (CU III F29 19). تم تقسيم الجرذان عشوائياً إلى خمس مجموعات (١٤ جرذًا/مجموعة)؛ أربع مجموعات مشععة (Ir) ومجموعة واحدة غير مشععة (Nr). تم تقسيم مجموعات الجرذان الأربعة المشععة حسب المادة المعالجة إلى ما يلي: (المجموعة الضابطة (Ir-C)، مجموعة NanoBone® (Ir-N)، مجموعةSolcoseryl® (Ir-S)، ومجموعة NanoBone® + Solcoseryl® (Ir-NS)) ومجموعة واحدة غير مشععة معالجة بكل من NanoBone® + Solcoseryl® (Nr-NS).
تم التشعيع الجامي بالمركز القومي لبحوث وتكنولوجيا الإشعاع للأربع مجموعات Ir-C، Ir-N، Ir-S، و Ir-NSمع ترك مجموعة Nr-NS بدون تشعيع. تم تخدير الجرذان وتشعيعهم بجرعة واحدة قدرها ١٢ جراي بمنطقة الجمجمة مع حماية باقي الجسم بواسطة سترة أسطوانية مصنوعة خصيصاً من الرصاص.
تم إجراء العمليات الجراحية على منطقة الجمجمة بعد ثلاثة أيام من التشعيع الجامي. بعد التخدير الكلى وتحت ظروف جراحية معقمة، تم عمل شق في الجلد في خط الوسط ورفع غلاف العظم السفلي، وعمل ثقب مركزي ذو سماكة كاملة باستخدام مثقب جراحي يبلغ قطره ٥ مم ومحلول ملحي معقم بواقع ثقب واحد في عظم الجمجمة لكل جرذ، ثم تم ملء كل ثقب بإحدى مواد الدراسة حسب كل المجموعة باستثناء المجموعة الضابطة (Ir-C) التي تركت فارغة. بعد ذلك تم خياطة الأنسجة الرخوة وإعطاء المسكنات والمضاد الحيوي لتقليل الألم والعدوى بعد العملية الجراحية.
تم التضحية بالجرذان بعد أربعة أسابيع من العمليات الجراحية، وتم وضع ٣٠ عينة من الجماجم (٦ عينات من كل مجموعة) في محلول فورمالدهايد ١٠٪ لمدة ٢٤ ساعة، ثم تم غمرها في ١٠٪ EDTA لمدة تتراوح من ٤ إلى ٥ أسابيع حتى يتم إزالة الكلسيوم، وتجفيفها بالكحول والزيلول ووضعها في البرافين للحصول على الكتل التي تم تحضير الشرائح منها بعد صبغها بصبغة

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.