Биосовместимость межостистого имплантата на основе сплавов титана

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Сегодня металлические имплантаты широко применяют в нейроортопедии, при этом особый интерес представляют сплавы титана. Ранее коллективом авторов был разработан в качестве импортозамещения оригинальный комбинированный имплантат для заднего спондилодеза, который можно использовать из одностороннего доступа при малоинвазивных операциях на поясничном отделе позвоночника. Имплантат произведен на предприятии «Эндокарбон» в г. Пензе. Для лучшей остеоинтеграции он изготовлен из сплава ВТ6 и никелида титана. Кроме того, средняя часть имплантата обработана лазером для создания неровной поверхности с целью лучшей интеграции в тканях организма. В настоящем исследовании оценивали цитотоксичность и биосовместимость данного имплантата для его дальнейшего применения в практической деятельности.

Цель — анализ топологии поверхности имплантатов после лазерной обработки, а также оценка совместимости обработанного имплантата и клеток с целью дальнейшего внедрения в клиническую практику для лечения пациентов с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями позвоночника.

Материалы и методы. Для определения цитотоксичности титановых образцов межостистых имплантатов выполняли метилтетразолиевый тест, позволяющий оценить жизнеспособность стромальных клеток в питательной среде после инкубирования с исследуемым материалом. Биосовместимость материала анализировали с помощью метода сканирующей электронной микроскопии образцов через 1 и 7 сут после культивирования клеток.

Результаты. Жизнеспособность клеток, культивируемых в питательной среде после инкубирования с образцами титана ВТ6, составила 105 %, никелида титана — 98 %, что сопоставимо с жизнеспособностью клеток в стандартной питательной среде. При электронной микроскопии через сутки культивирования клетки образуют монослой на титановой поверхности, все клетки хорошо распластаны и формируют межклеточные контакты, а через 7 сут культивирования количество клеток увеличивается и они образуют плотный монослой.

Заключение. Межостистый имплантат, в состав которого входят сплавы титана ВТ6 и никелида титана, биосовместим с культивируемыми клетками и может быть внедрен в хирургию позвоночника.

Об авторах

Владимир Петрович Орлов

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Email: vladimir.rlv@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-5009-7117
SPIN-код: 9790-6804

д-р мед. наук, профессор, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Юлия Александровна Нащекина

Институт цитологии Российской академии наук

Email: nashchekina.yu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4371-7445
SPIN-код: 1138-8088
Scopus Author ID: 56285797600

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Алексей Викторович Нащекин

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Email: nashchekin@mail.ioffe.ru
ORCID iD: 0000-0002-2542-7364
SPIN-код: 6638-5243
Scopus Author ID: 6603372975
ResearcherId: A-7182-2014

канд. физ.-мат. наук

Россия, Санкт-Петербург

Ольга Николаевна Озерянская

Городская больница города Невинномысска

Email: olechka303@ya.ru
ORCID iD: 0000-0002-9956-2972

врач-нейрохирург

Россия, Невинномысск

Саидмирзе Джамирзоевич Мирзаметов

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Автор, ответственный за переписку.
Email: said19mirze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1890-7546
SPIN-код: 5959-1988
Scopus Author ID: 57210236589
ResearcherId: AAE-2675-2022

врач-нейрохирург

Россия, Санкт-Петербург

Дмитрий Владимирович Свистов

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Email: dvsvistov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3922-9887
SPIN-код: 3184-5590

канд. мед. наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Jiang S., Wang M., He J. A review of biomimetic scaffolds for bone regeneration: toward a cell-free strategy // Bioeng. Transl. Med. 2021. Vol. 6. No. 2: doi: 10.1002/btm2.10206
  2. Hamilton R.F., Wu N., Xiang C., et al. Synthesis, characterization, and bioactivity of carboxylic acid-functionalized titanium dioxide nanobelts // Particle and fibre toxicology. 2014. Vol. 11. No. 1. P. 1–15. doi: 10.1186/s12989-014-0043-7
  3. Geetha M., Singh A.K., Asokamani R., et al. Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants — a review // Progress in materials science. 2009. Vol. 54. No. 3. P. 397–425. doi: 10.1016/j.pmatsci.2008.06.004
  4. Kunii T., Mori Y., Tanaka H., et al. Improved osseointegration of a TiNbSn alloy with a low Young’s modulus treated with anodic oxidation // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. No. 1. doi: 10.1038/s41598-019-50581-7
  5. Long M., Rack H.J. Titanium alloys in total joint replacement — a materials science perspective // Biomaterials. 1998. Vol. 19. No. 18. P. 1621–1639. doi: 10.1016/S0142-9612(97)00146-4
  6. Longhofer L.K., Chong A., Strong N.M., et al. Specific material effects of wear-particle-induced inflammation and osteolysis at the bone–implant interface: a rat model // J. Orthop. Translat. 2017. Vol. 8. P. 5–11. doi: 10.1016/j.jot.2016.06.026
  7. Lian F., Zhao C., Qu J., et al. Icariin attenuates titanium particle-induced inhibition of osteogenic differentiation and matrix mineralization via miR-21-5p // Cell Biol. Int. 2018. Vol. 42. No. 8. P. 931–939. doi: 10.1002/cbin.10957
  8. ГОСТ 19807-91 от 01.07.1992. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки. [дата обращения 24.02.2022]. Доступно по ссылке: https://www.rst.gov.ru/portal/gost/home/standarts/cataloginter?portal:componentId=26cba537-adcd-44ed-9a44-72c63a7c7bc2&portal:isSecure=false&portal:portletMode=view&navigationalstate=JBPNS_rO0ABXc6AAZhY3Rpb24AAAABABBjb25jcmV0ZURvY3VtZW50AAZkb2NfaWQAAAABAAUzNDUxMgAHX19FT0ZfXw
  9. Миргазизов М.З., Гюнтер В.Э., Галонский В.Г., и др. Материалы и имплантаты с памятью формы в стоматологии. Том 5 / под ред. В.Э. Гюнтера. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы: в 14 томах. Томск: МИЦ, 2011.
  10. Патент РФ на изобретение № 2765858 / 03.02.22. Бюл. № 4. Орлов В.П., Мирзаметов С., Озерянская О.Н., и др. Способ комбинированного заднего спондилодеза и скоба для его осуществления. [дата обращения: 24.02.2022]. Доступ по ссылке: https://fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&rn=5494&DocNumber=2765858&TypeFile=html
  11. Орлов В.П., Озерянская О.Н., Мирзаметов С.Д., и др. Разработка метода стабилизации позвоночно-двигательного сегмента после поясничной микродискэктомии // Российский нейрохирургический журнал имени профессора А.Л. Поленова. 2021. Т. 13. № 1. C. 35–42.
  12. Zheng G., Guan B., Hu P., et al. Topographical cues of direct metal laser sintering titanium surfaces facilitate osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells through epigenetic regulation // Cell Prolif. 2018. Vol. 51. No. 4. doi: 10.1111/cpr.12460
  13. Ешкулов У.Э., Тарбоков В.А., Иванов С.Ю., и др. In vitro исследование биосовместимости титановых сплавов с модифицированной поверхностью // Биомедицина. 2021. Т. 17. № 2. С. 79–87. doi: 10.33647/2074-5982-17-2-79-87
  14. Jayaraman M., Meyer U., Bühner M., et al. Influence of titanium surfaces on attachment of osteoblast-like cells in vitro // Biomaterials. 2004. Vol. 25. No. 4. P. 625–631. doi: 10.1016/S0142-9612(03)00571-4
  15. Santander S., Alcaine C., Lyahyai J., et al. In vitro osteoinduction of human mesenchymal stem cells in biomimetic surface modified titanium alloy implants // Dent. Mater. J. 2012. Vol. 31. No. 5. P. 843–850. doi: 10.4012/dmj.2012-015
  16. Schwartz Z., Raz P., Zhao G., et al. Effect of micrometer-scale roughness of the surface of Ti6Al4V pedicle screws in vitro and in vivo // J. Bone Joint. Surg. Am. 2008. Vol. 90. No. 11. P. 2485–2498. doi: 10.2106/JBJS.G.00499
  17. Телегин С.В., Лясников В.Н., Гоц И.Ю. Морфология поверхности титана, модифицированной импульсной лазерной обработкой // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2015. Т. 3. № 1. С. 101–106.
  18. Itälä A., Ylänen H.O., Yrjans J., et al. Characterization of microrough bioactive glass surface: surface reactions and osteoblast responses in vitro // J. Biomed. Mater. Res. 2002. Vol. 62. No. 3. P. 404–411. doi: 10.1002/jbm.10273J
  19. Olivares-Navarrete R., Raz P., Zhao G., et al. Integrin α2β1 plays a critical role in osteoblast response to micron-scale surface structure and surface energy of titanium substrates // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. Vol. 105. No. 41. P. 15767–15772. doi: 10.1073/pnas.0805420105
  20. Anselme K. Osteoblast adhesion on biomaterials // Biomaterials. 2000. Vol. 21. No. 7. P. 667–681. doi: 10.1016/S0142-9612(99)00242-2
  21. Keller J.C., Stanford C.M., Wightman J.P., et al. Characterizations of titanium implant surfaces. III // J. Biomed. Mater. Res. 1994. Vol. 28. No. 8. P. 939–946. doi: 10.1002/jbm.820280813

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внешний вид межостистого имплантата: а — эскиз; б — имплантат установлен в межостистом промежутке поясничного отдела позвоночника скелета

Скачать (182KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сканирующая электронная микроскопия поверхности имплантата: а, б — основной корпус; в, г — ограничители; д, е — проволока из никелида титана

Скачать (361KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Жизнеспособность клеток линии FetMSC после 3 сут культивирования в присутствии кондиционной среды. Контроль — клетки на культуральном пластике в полной питательной среде; ВТ6 — клетки на культуральном пластике в полной питательной среде после инкубирования основного корпуса имплантата на основе ВТ6; Никелид Ti — клетки на культуральном пластике в полной питательной среде после инкубирования проволоки с памятью формы на основе никелида титана

Скачать (60KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сканирующая электронная микроскопия культивируемых клеток на титановых образцах с пористой структурой поверхности: а — после суток культивирования; б — после 7 сут культивирования (см. объяснения в тексте)

Скачать (152KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2022


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».