Effect of surface modification of titanium mesh on biological behavior in vivo experiments

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

BACKGROUND: Titanium alloys are widely used in medicine due to their high biocompatibility, corrosion resistance and mechanical strength. However, standard titanium implants have a limited ability to integrate with bone tissue, which can lead to various complications and the need for revision operations. Modification of the implant surface with various biologically active compounds is a promising direction for solving this problem. Among the possible approaches, special attention should be paid to the use of inorganic coatings such as calcium oxides and phosphates, which combine high resistance, corrosion resistance and good mechanical properties.

AIM: Determining the modification effect of the titanium (Grade 2) mesh surface on the biocompatibility and osseogenic properties of materials with in vivo experiments using the small laboratory animals.

MATERIALS AND METHODS: The titanium mesh surface was modified by microarc oxidation in electrolyte with dispersed hydroxyapatite (HAp). The effectiveness of the surface modification was in vivo tested with a trepanation model in the skull of Wistar rats.

RESULTS: The formation of a structured regenerate at the bone surface without a significant defect reduction was revealed. The tissue reaction to the implantation of metal meshes in the defect of the parietal bones of the skull was weak, relatively mature dense connective tissue capsules were formed around the meshes, in which vascularization and inflammatory infiltration were minimal, bone regeneration was observed along the defect edges. Surface modification with microarc oxidation led to more pronounced bone regeneration compared to a surface-unmodified mesh.

CONCLUSION: Modification of the surface of the titanium-based mesh by micro-arc oxidation in the electrolyte with dispersed HAp has a positive effect on bone regeneration when closing defects of flat bones.

作者简介

Dmitry Smolentsev

Priorov National Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics

编辑信件的主要联系方式.
Email: SmolentsevDV@cito-priorov.ru
ORCID iD: 0000-0001-5386-1929
SPIN 代码: 3702-1955
俄罗斯联邦, 10 Priorova str., 127299 Moscow

Yulia Lukina

Priorov National Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics

Email: lukina_rctu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0121-1232
SPIN 代码: 2814-7745

Cand. Sci. (Engineering)

俄罗斯联邦, 10 Priorova str., 127299 Moscow

Leonid Bionyshev-Abramov

Priorov National Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics

Email: sity-x@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-1326-6794
SPIN 代码: 1192-3848
俄罗斯联邦, 10 Priorova str., 127299 Moscow

Natalia Serezhnikova

Priorov National Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics; Sechenov First Moscow State Medical University

Email: natalia.serj@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4097-1552
SPIN 代码: 2249-9762

Cand. Sci. (Biology)

俄罗斯联邦, 10 Priorova str., 127299 Moscow; Moscow

Andrey Skryabin

Bauman Moscow State Technical University

Email: terra107@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8578-2632
SPIN 代码: 3286-8502

Cand. Sci. (Engineering)

俄罗斯联邦, Moscow

Alexey Shakurov

Bauman Moscow State Technical University

Email: shakurov@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6110-8101
SPIN 代码: 1894-4707

Cand. Sci. (Engineering), associate professor

俄罗斯联邦, Moscow

Vladimir Vesnin

Bauman Moscow State Technical University

Email: vesnin.volodya@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1829-9891
SPIN 代码: 7496-0481
俄罗斯联邦, Moscow

Elizaveta Skriabina

Bauman Moscow State Technical University

Email: elzabra@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-1881-2822
俄罗斯联邦, Moscow

Petr Tsygankov

Industrial University of Santander

Email: piotrtsy@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1221-9988
SPIN 代码: 5218-3083
哥伦比亚, Bucaramanga

参考

  1. Aprile P, Letourneur D, Simon-Yarza T. Membranes for Guided Bone Regeneration: A Road from Bench to Bedside. Adv Healthcare Mater. 2020;9(19):2000707. doi: 10.1002/adhm.202000707
  2. Baylón K, Rodríguez-Camarillo P, Elías-Zúñiga A, et al. Past, present and future of surgical meshes: A review. Membranes. 2017;7(3):47. doi: 10.3390/membranes7030047
  3. Dorozhkin SV. Synthetic amorphous calcium phosphates (ACPs): Preparation, structure, properties, and biomedical applications. Biomater Sci. 2021;9(23):7748–7798. doi: 10.1039/d1bm01239h
  4. Skriabin AS, Shakurov AV, Vesnin VR, et al. Titanium Membranes with Hydroxyapatite/Titania Bioactive Ceramic Coatings: Characterization and In Vivo Biocompatibility Testing. ACS Omega. 2022;7(51):47880–47891. doi: 10.1021/acsomega.2c05718
  5. Tsygankov PA, Skryabin AS, Krikorov AA, et al. Formation of a combined bioceramics layer on titanium implants. J Phys Conf Ser. 2019;1386:012011. doi: 10.1088/1742-6596/1386/1/012011
  6. Gnedenkov SV, Scharkeev YP, Sinebryukhov SL, et al. Formation and properties of bioactive surface layers on titanium. Inorg Mater Appl Res. 2011;2:474–481. doi: 10.1134/S2075113311050133
  7. Scriabin AS, Vesnin VR, Shakurov AV, et al. Production of calcium-containing oxide coatings on titanium membranes for the tasks of maxillofacial surgery and dentistry. Prikladnaya fizika. 2024;(4):63–69. (in Russ.). doi: 10.51368/1996-0948-2024-4-63-69
  8. Balachandran U, Eror NG. Raman spectra of titanium dioxide. J Solid State Chem. 1982;42(3):276–282. doi: 10.1016/0022-4596(82)90006-8
  9. Lin G-W, Chen J-S, Tseng W, Lu F-H. Formation of anatase TiO2 coatings by plasma electrolytic oxidation for photocatalytic applications. Surf Coat Technol. 2019;357:28–35. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.10.010
  10. Yang Y, Kim KH, Agrawal CM, Ong JL. Effect of post-deposition heating temperature and the presence of water vapor during heat treatment on crystallinity of calcium phosphate coatings. Biomaterials. 2003;24(28):5131–7. doi: 10.1016/s0142-9612(03)00459-9
  11. Lavos-Valereto IC, Wolynec S, Deboni MCZ, Koenig Jr B. In vitro and in vivo biocompatibility testing of Ti–6AI–7Nb alloy with and without plasma-sprayed hydroxyapatite coating. J Biomed Mater Res. 2001;58(6):727–33. doi: 10.1002/jbm.1072
  12. Hirota M, Ametani A, Monden Y, Noishiki Y, Hayakawa T, Tohnai I. Molecular precursor method facilitates thin hydroxyapatite coating of titanium fiber web scaffold and enhances bone formation: experimental study in rat cranial bone defects. Int J Oral Maxillofac Implants. 2010;25(5):888–92.
  13. Naderi A, Zhang B, Belgodere JA, Sunder K, Palardy G. Improved biocompatible, flexible mesh composites for implant applications via hydroxyapatite coating with potential for 3-dimensional extracellular matrix network and bone regeneration. ACS applied materials & interfaces. 2021;13(23):26824–26840. doi: 10.1021/acsami.1c09034
  14. Kylmäoja E, Holopainen J, Abushahba F, Ritala M, Tuukkanen J. Osteoblast attachment on titanium coated with hydroxyapatite by atomic layer deposition. Biomolecules. 2022;12(5):654. doi: 10.3390/biom12050654
  15. Kozelskaya AI, Rutkowski S, Frueh J, et al. Surface modification of additively fabricated titanium-based implants by means of bioactive micro-arc oxidation coatings for bone replacement. Journal of Functional Biomaterials. 2022;13(4):285. doi: 10.3390/jfb13040285

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Photograph of the surgical field.

下载 (259KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Electronic photographs of coated mesh sanding in BSE and SE visualization modes: 1 — titanium mesh, 2 — oxide coating, 3 — resin.

下载 (168KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Optical photographs of the original (a) and coated (b) grids, as well as the Raman spectra (c): 1 — the original grid, 2 — the coated grid.

下载 (393KB)
索引源数据
5. Fig. 4. A 3D model of an animal’s skull with an installed mesh, reconstructed according to computed tomography data.

下载 (137KB)
索引源数据
6. Table 1. Fig. 1-1

下载 (11KB)
索引源数据
7. Table 1. Fig.1-2

下载 (13KB)
索引源数据
8. Table 1. Fig.1-3

下载 (16KB)
索引源数据
9. Table 1. Fig.2-1

下载 (11KB)
索引源数据
10. Table 1. Fig.2-2

下载 (11KB)
索引源数据
11. Table 1. Fig.2-3

下载 (13KB)
索引源数据
12. Table 1. Fig.3-1

下载 (12KB)
索引源数据
13. Table 1. Fig.3-2

下载 (12KB)
索引源数据
14. Table 1. Fig.3-3

下载 (15KB)
索引源数据
15. Table 1. Fig.4-1

下载 (13KB)
索引源数据
16. Table 1. Fig.4-2

下载 (12KB)
索引源数据
17. Table 1. Fig.4-3

下载 (17KB)
索引源数据
18. Table 2. Fig.1-1

下载 (11KB)
索引源数据
19. Table 2. Fig.1-2

下载 (12KB)
索引源数据
20. Table 2. Fig.1-3

下载 (12KB)
索引源数据
21. Table 2. Fig.2-1

下载 (9KB)
索引源数据
22. Table 2. Fig.2-2

下载 (11KB)
索引源数据
23. Table 2. Fig.2-3

下载 (11KB)
索引源数据
24. Table 2. Fig.3-1

下载 (10KB)
索引源数据
25. Table 2. Fig.3-2

下载 (13KB)
索引源数据
26. Таблица 2. Рис.3-3

下载 (10KB)
索引源数据
27. Table 2. Fig.4-1

下载 (11KB)
索引源数据
28. Table 2. Fig.4-2

下载 (14KB)
索引源数据
29. Table 2. Fig.4-3

下载 (15KB)
索引源数据
30. Fig. 5. Images of mesh implantation sites (control group) three months after surgery: a, e, f — standard light microscopy, magnification ×50; b, g — standard light microscopy, magnification ×200; c — standard light microscopy, magnification ×400; d — phase contrast microscopy, magnification ×400; h — phase contrast microscopy, magnification ×200. Hematoxylin-eosin staining.

下载 (409KB)
索引源数据
31. Fig. 6. Images of mesh implantation sites (experimental group) 3 months after surgery: a, e, f — standard light microscopy, magnification ×50; b, g — standard light microscopy, magnification ×200; c — standard light microscopy, magnification ×400; d — phase contrast microscopy, magnification ×400; h — phase contrast microscopy, magnification ×200. Hematoxylin-eosin staining.

下载 (439KB)
索引源数据

版权所有 © Eco-Vector, 2025

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

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».