Микродуговые Zn- и Ag-содержащие покрытия для имплантатов со сложной поровой архитектурой, полученных методом 3D-печати из титанового сплава

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность. Создание пористых трехмерных материалов для возмещения дефектов кости и ее последующей регенерации является важным направлением медицинского материаловедения. Определяющими являются свойства поверхности имплантата при взаимодействии последнего с костной тканью.

Цель исследования — оценить физико-химические свойства и совместимость с тканями живого организма пористых имплантатов со сформированными методом микродугового оксидирования кальций-фосфатными Zn- и Ag-содержащими покрытиями.

Материал и методы. Имплантаты с различными типами пористой структуры получали методом прямого лазерного спекания из порошков титанового сплава Ti-6Al-4V. На поверхности имплантатов были сформированы методом микродугового оксидирования кальций-фосфатные покрытия, в том числе Zn- и Ag-содержащие.

Результаты. Покрытия, нанесенные в электролитах разных составов, равномерно распределены по сетчатой структуре имплантатов. Фазовый состав Zn-содержащих покрытий, нанесенных в кислом электролите, представлен аморфными фосфатами кальция. Ag-содержащие покрытия, нанесенные в щелочном электролите, имеют аморфно-кристаллическую структуру, в качестве кристаллической фазы в них идентифицируется трикальцийфосфат в модификации α и β. По результатам МТТ-теста была выявлена высокая метаболическая активность постнатальных фибробластов человека линии pFb при их совместном культивировании с экстрактами образцов кальций-фосфатных Zn- и Ag-содержащих покрытий в течение 48 ч. в условиях 37ºС, в 5% атмосфере СО2, в сравнении с величиной метаболической активности постнатальных фибробластов человека интактной культуры.

Заключение. В процессе исследования влияния кальций-фосфатных Zn- и Ag-содержащих покрытий на живые постнатальные фибробласты человека линии pFb выявили сохранение жизнеспособности клеток культуры, что позволяет сделать заключение о том, что изделие и его компоненты не влияли негативно на показатель клеточного дыхания, что обеспечивает сохранность жизнеспособности клеток в течение 48 ч. Однако необходимы дальнейшие исследования для определения скорости биорезорбции и степени выраженности антибактериальных свойств кальций- фосфатных Zn- и Ag-содержащих покрытий.

Об авторах

Ю. П. Шаркеев

ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения» СО РАН;
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Email: fake@neicon.ru

Шаркеев Юрий Петрович — д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий лабораторией физики наноструктурных биокомпозитов; профессор 

г. Томск

Россия

М. Б. Седельникова

ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения» СО РАН

Email: fake@neicon.ru

Седельникова Мария Борисовна — д-р техн. наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов

г. Томск

Россия

Т. В. Толкачева

ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения» СО РАН

Email: fake@neicon.ru

Толкачева Татьяна Викторовна — ведущий технолог лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов

г. Томск

Россия

Н. А. Щеглова

ООО «ЛОГИКС Медицинские Системы

Email: fake@neicon.ru

Щеглова Наталья Александровна — директор по развитию 

г. Новосибирск

Россия

А. А. Панченко

ООО «ЛОГИКС Медицинские Системы

Email: fake@neicon.ru

Панченко Андрей Александрович — технический директор 

г. Новосибирск

Россия

И. Б. Красовский

ООО «ЛОГИКС Медицинские Системы

Email: fake@neicon.ru

Красовский Игорь Борисович — директор 

г. Новосибирск

Россия

М. В. Соломатина

ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр фундаментальной и трансляционной медицины»

Email: fake@neicon.ru

Соломатина Мария Владимировна — канд. биол. наук, научный сотрудник, лаборатория разработки и испытаний фармакологических средств

г. Новосибирск

Россия

М. В. Ефименко

ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru

Ефименко Максим Владимирович — травматолог- ортопед травматолого-ортопедического отделения

г. Новосибирск

Россия

В. В. Павлов

ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru

Павлов Виталий Викторович — д-р мед. наук, начальник научно-исследовательского отделения эндопротезирования и эндоскопической хирургии суставов

г. Новосибирск

Россия

Л. А. Черданцева

ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр фундаментальной и трансляционной медицины»;
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru

Черданцева Лилия Александровна — канд. мед. наук, заведующая лабораторией заготовки и консервации тканей; ведущий научный сотрудник 

г. Новосибирск

Россия

И. А. Кирилова

ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: IKirilova@niito.ru

Кирилова Ирина Анатольевна — д-р мед. наук, зам. директора по научной работе

г. Новосибирск

Россия

Список литературы

  1. Bassous N.J., Jones C.L., Webster T.J. 3-D printed Ti-6Al-4V scaffolds for supporting osteoblast and restricting bacterial functions without using drugs: predictive equations and experiments. Acta Biomater. 2019;96:662-673. doi: 10.1016/j.actbio.2019.06.055.
  2. Ahangar P., Cooke M.E., Weber M.H., Rosenzweig D.H. Current biomedical applications of 3D printing and additive manufacturing. Review Appl Sci. 2019;9(8):1713. doi: 10.3390/app9081713.
  3. Zhang Y., Li J., Che S., Yang Z., Tia Y. Chemical leveling mechanism and oxide film properties of additively manufactured Ti–6Al–4V alloy. J Mater Sci. 2019;54:13753-13766. doi: 10.1007/s10853-019-03855-4.
  4. McHugh K.J., Nguyen T.D., Linehan A.R., Yang D., Behrens A.M., Rose S. et al. Fabrication of fillable microparticles and other complex 3D microstructures. Science. 2017;357(6356):1138-1142. doi: 10.1126/science.aaf7447.
  5. Arabnejad S., Johnston B., Tanzer M., Pasini D. Fully porous 3D printed titanium femoral stem to reduce stress-shielding following total hip arthroplasty. J Orthop Res. 2017;35(8):1774-1783. doi: 10.1002/jor.23445.
  6. Surmenev R.A., Surmeneva M.A., Ivanova A.A. Significance of calcium phosphate coatings for the enhancement of new bone osteogenesis--areview. Acta Biomater. 2014;10(2):557-579. doi: 10.1016/j.actbio.2013.10.036.
  7. Falde E.J., Yohe S.T., Colson Y.L., Grinstaff M.W. Superhydrophobic materials for biomedical applications. Biomaterials. 2016;104:87-103. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.06.050.
  8. Otitoju T.A., Ahmad A.L., Ooi B.S. Superhydrophilic (superwetting) surfaces: A review on fabrication and application. J Industr Engineer Chemistry. 2017;47:19-40. doi: 10.1016/j.jiec.2016.12.016.
  9. Denry I., Kuhn L.T. Design and characterization of calcium phosphate ceramic scaffolds for bone tissue engineering. Dent Mater. 2016;32(1):43-53. doi: 10.1016/j.dental.2015.09.008.
  10. Sharma S., Verma A., Teja B.V., Pandey G., Mittapelly N., Trivedi R. et al. An insight into functionalized calcium based inorganic nanomaterials in biomedicine: Trends and transitions. Colloids Surf B Biointerfaces. 2015;133:120-139. doi: 10.1016/j.colsurfb.2015.05.014.
  11. Rizwan M., Alias R., Zaidi U.Z., Mahmoodian R., Hamd M. Surface modification of valve metals using plasma electrolytic oxidation for antibacterial applications: A review. J Biomed Mater Res A. 2018;106(2):590-605. doi: 10.1002/jbm.a.36259.
  12. Liu S., Li B., Liang C., Wang H., Qiao Z., Formation mechanism and adhesive strength of a hydroxyapatite/TiO2 composite coating on a titanium surface prepared by micro-arc oxidation. Applied Surf Sci. 2016;362:109-114. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.11.086.
  13. Гнеденков С.В., Шаркеев Ю.П., Синебрюхов С.Л., Хрисанова О.А., Легостаева Е.В., Завидная А.Г. и др. Кальций-фосфатные биоактивные покрытия на титане. Вестник ДВО РАН. 2010;(5):47-57.
  14. Седельникова М.Б., Шаркеев Ю.П., Комарова Е.Г., Толкачева Т.В. Влияние параметров процесса микро-дугового оксидирования на формирование и свойства биопокрытий на основе волластонита и фосфатов кальция. Физика и химия обработки материалов. 2016;(6):57-63.
  15. Шаркеев Ю.П., Шейкин В.В., Седельникова М.Б., Легостаева Е.В., Комарова Е.Г., Ермаков В.В. и др. Модифицирование поверхности титановых медицинских скобок для сшивающих аппаратов методом микродугового оксидирования. Перспективные материалы. 2015;(10):46-55.
  16. Сафронова Т.В., Путляев В.И. Медицинское неорганическое материаловедение в России: кальцийфос-фатные материалы. Наносистемы: физика, химия, математика. 2013;4(1):24-47.
  17. Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphate deposits: Preparation, properties and biomedical applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015;55:272-326. doi: 10.1016/j.msec.2015.05.033.
  18. Aydogan D.T., Muhaffel F., Kilic M.M., Acar O.K, Cempura G., Baydogan M. et al. Optimization of microarc oxidation electrolyte for fabrication of antibacterial coating on titanium. Mater Technol. 2018;33(2):119-126. doi: 10.1080/10667857.2017.1391931.
  19. Widmer A.F. New developments in diagnosis and treatment of infection in orthopedic implants. Clin Infect Dis. 2001;33 Suppl 2:S94-S106. doi: 10.1086/321863.
  20. Morrison C., Macnair R., MacDonald C., Wykman A., Goldie I., Grant M.H. In vitro biocompatibility testing of polymers for orthopaedic implants using cultured fibroblasts and osteoblasts. Biomaterials. 1995;16(13): 987-992. doi: 10.1016/0142-9612(95)94906-2.
  21. Moller B., Terheyden H., Acil Y., Purcz N.M., Hertrampf K., Tabakov A. et al. A comparison of biocompatibility and osseointegration of ceramic and titanium implants: an in vivo and in vitro study. Int J Oral Maxillofac Surg. 2012;41(5):638-645. doi: 10.1016/j.ijom.2012.02.004.
  22. Sedelnikova M.B., Komarova E.G., Sharkeev Yu.P., Ugodchikova A.V., Mushtovatova L.S., Karpova M.R. et al. Zn-, Cu- or Ag-incorporated micro-arc coatings on titanium alloys: Properties and behavior in synthetic biological media. Surface Coating Technology. 2019;369:52-68. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.04.021.
  23. Wallace S.M., Walton B.I., Kharbanda R.K., Hardy R., Wilson A.P., Swanton R.H. Mortality from infective endocarditis: clinical predictors of outcome. Heart. 2002;88(1):53-60. doi: 10.1136/heart.88.1.53.
  24. Furko M., Jiang Y., Wilkins T.A., Balázsi C. Electrochemical and morphological investigation of silver and zinc modified calcium phosphate bioceramic coatings on metallic implant materials. Mater Sci Eng С. 2016;62:249-259. doi: 10.1016/j.msec.2016.01.060.
  25. Евдокимов П.В., Путляев В.И., Мерзлов Д.А., Шаталова Т.Б., Сафронова Т.В., Климашина Е.С., Чурагулов Б.Р. Полиморфизм Ca3(PO4)2. Наносистемы: физика, химия, математика. 2013;4(1):48-53.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Травматология и ортопедия России, 2023

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».