Морфологическая оценка остеоинтеграции титановых имплантатов с Ag- и Zn-содержащими кальций-фосфатными покрытиями
- Авторы: Майбородин И.В.1, Майбородина В.И.1, Шеплев Б.В.1, Шаркеев Ю.П.2, Седельникова М.Б.2, Павлов В.В.3, Базлов В.А.3, Анастасиева Е.А.3, Ефименко М.В.3, Кирилова И.А.3, Корыткин А.А.3
-
Учреждения:
- ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» СО РАН
- ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения» СО РАН
- ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
- Выпуск: Том 31, № 1 (2025)
- Страницы: 85-97
- Раздел: Теоретические и экспериментальные исследования
- URL: https://bakhtiniada.ru/2311-2905/article/view/287981
- DOI: https://doi.org/10.17816/2311-2905-17604
- ID: 287981
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Актуальность. Для увеличения сроков функционирования имплантатов и металлоконструкций в организме человека немаловажную роль играет состояние поверхности имплантируемых конструкций.
Цель исследования — изучить влияние титановых имплантатов с кальций-фосфатным покрытием, содержащим ионы цинка или серебра, на окружающие костные ткани в эксперименте.
Материал и методы. Методами световой микроскопии изучали состояние костных тканей проксимального отдела большеберцовой кости (ПОБК) кроликов через 4 нед. после имплантации конусовидных титановых 3D-имплантатов с кальций-фосфатным покрытием, содержащим ионы цинка или серебра.
Результаты. Во всех случаях имплантированные в ПОБК титановые 3D-имплантаты с шероховатой поверхностью плотно прилегали к костной ткани, имеющей незначительные рубцовые изменения в краевой зоне. Удаление имплантатов было затруднено, на их поверхности оставалось множество тканевых фрагментов. В исследованных образцах костной ткани присутствовали мелкие инородные фрагменты. Инородные фрагменты как в компактной, так и в губчатой кости оказались меньше по размеру после применения ионов серебра по сравнению с использованием ионов цинка на 84,4% (9,50±4,17 против 17,78±7,95 мкм) и 87,2% (11,21±10,68 против 20,67±8,08 мкм) соответственно. Средний диаметр групп фрагментов и среднее расстояние между фрагментами покрытия или их группами в губчатой костной ткани статистически значимо не различались, а в компактной были на 59,1% (155,00±35,98 против 246,67±39,62 мкм) и 21,2% (253,04±44,87 против 308,00±50,85 мкм) больше после нанесения покрытия с цинком соответственно.
Заключение. Титановые имплантаты с модифицированной поверхностью продемонстрировали склонность к остеоинтеграции даже при повреждении покрытия с формированием инородных фрагментов, мигрирующих в окружающие ткани. Возможно, изменение подходов к технике и режимам нанесения покрытий и варьирование их по толщине позволит реализовать положительные свойства модифицированной поверхности в полном объеме, в том числе положительные антимикробные свойства серебра и цинка.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Игорь Валентинович Майбородин
ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» СО РАН
Email: imai@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8182-5084
д-р мед. наук, профессор
Россия, НовосибирскВиталина Игоревна Майбородина
ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» СО РАН
Email: imai@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5169-6373
д-р мед. наук
Россия, НовосибирскБорис Валентинович Шеплев
ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» СО РАН
Email: imai@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-4140-3531
д-р мед. наук
Россия, НовосибирскЮрий Петрович Шаркеев
ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения» СО РАН
Email: sharkeev@ispms.ru
ORCID iD: 0000-0001-5037-245X
д-р физ.-мат. наук, профессор
Россия, ТомскМария Борисовна Седельникова
ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения» СО РАН
Email: smasha5@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5741-6053
д-р техн. наук, доцент
Россия, ТомскВиталий Викторович Павлов
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: pavlovdoc@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8997-7330
д-р мед. наук, доцент
Россия, НовосибирскВячеслав Александрович Базлов
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: sbazlov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8982-5516
канд. мед. наук
Россия, НовосибирскЕвгения Андреевна Анастасиева
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: evgeniya.anastasieva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9329-8373
Россия, Новосибирск
Максим Владимирович Ефименко
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: pavlovdoc@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1516-7877
Россия, Новосибирск
Ирина Анатольевна Кирилова
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Автор, ответственный за переписку.
Email: irinakirilova71@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1911-9741
д-р мед. наук, доцент
Россия, НовосибирскАндрей Александрович Корыткин
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: andrey.korytkin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9231-5891
канд. мед. наук, доцент
Россия, НовосибирскСписок литературы
- Velasco-Ortega E., Alfonso-Rodríguez C.A., Monsalve-Guil L., España-López A., Jiménez-Guerra A., Garzón I. et al. Relevant aspects in the surface properties in titanium dental implants for the cellular viability. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016;64:1-10. doi: 10.1016/j.msec.2016.03.049.
- López-Valverde N., López-Valverde A., Aragoneses J.M., Macedo de Sousa B., Rodrigues M.J., Ramírez J.M. Systematic Review and Meta-Analysis of the Effectiveness of Calcium-Phosphate Coating on the Osseointegration of Titanium Implants. Materials (Basel). 2021;14(11):3015. doi: 10.3390/ma14113015.
- Costa Filho P.M.D., Marcantonio C.C., Oliveira D.P., Lopes M.E.S., Puetate J.C.S., Faria L.V. et al. Titanium micro-nano textured surface with strontium incorporation improves osseointegration: an in vivo and in vitro study. J Appl Oral Sci. 2024;32:e20240144. doi: 10.1590/1678-7757-2024-0144.
- Su Y., Komasa S., Li P., Nishizaki M., Chen L., Terada C., Yoshimine S. et al. Synergistic effect of nanotopography and bioactive ions on peri-implant bone response. Int J Nanomedicine. 2017;12:925-934. doi: 10.2147/IJN.S126248.
- Корыткин А.А., Орлинская Н.Ю., Новикова Я.С., Герасимов С.А., Давыденко Д.В., Кулакова К.В. и др. Биосовместимость и костная интеграция титановых имплантатов различной пористости с кальций-фосфатным покрытием и без покрытия. Современные технологии в медицине. 2021;13(2): 52-58. doi: 10.17691/stm2021.13.2.06. Korytkin A.A., Orlinskaya N.Yu., Novikova Ya.S., Gerasimov S.A., Davydenko D.V., Kulakova K.V. et al. Biocompatibility and osseointegration of calcium phosphate-coated and non-coated titanium implants with various porosities. Modern Technologies in Medicine. 2021;13(2):52-58. (In Russian). doi: 10.17691/stm2021.13.2.06.
- Tan N., Liu X., Cai Y., Zhang S., Jian B., Zhou Y. et al. The influence of direct laser metal sintering implants on the early stages of osseointegration in diabetic mini-pigs. Int J Nanomedicine. 2017;12:5433-5442. doi: 10.2147/IJN.S138615.
- Майбородин И.В., Шевела А.А., Тодер М.С., Шевела А.И. Современные тенденции выбора и обработки материалов для дентальной имплантации. Стоматология. 2018;(4):68-76. doi: 10.17116/stomat20189704168. Maiborodin I.V., Shevela A.A., Toder M.S., Shevela A.I. Current trends of the choice and processing of materials for dental implantation. Stomatology. 2018;97(4):68-76. (In Russian). doi: 10.17116/stomat20189704168.
- Tsikopoulos K., Sidiropoulos K., Kitridis D., Hassan A., Drago L., Mavrogenis A. et al. Is coating of titanium implants effective at preventing Staphylococcus aureus infections? A meta-analysis of animal model studies. Int Orthop. 2021;45:821-835. doi: 10.1007/s00264-020-04660-4.
- Lee J.H., Kwon J.S., Moon S.K., Uhm S.H., Choi B.H., Joo U.H. et al. Titanium-silver alloy miniplates for mandibular fixation: In vitro and in vivo study. J Oral Maxillofac Surg. 2016;74(8):1622.e1-1622.e12. doi: 10.1016/j.joms.2016.04.010.
- Сманалиев М.Д., Юлдашев И.М. Возможности покрытия поверхности дентальных титановых имплантатов нано частицами из нано раствора серебра. Бюллетень науки и практики. 2021;7(9):308-314. doi: 10.33619/2414-2948/70/26. Smanaliev M., Yuldashev I. Possibilities of Dental Titanium Implants Surface Coating With Nano Particles from Nano Silver Solution. Bulletin of Science and Practice. 2021;7(9):308-314. (In Russian). doi: 10.33619/2414-2948/70/26.
- Николаев Н.С., Любимова Л.В., Пчелова Н.Н., Преображенская Е.В., Алексеева А.В. Использование имплантатов с покрытием на основе двумерно-упорядоченного линейно-цепочечного углерода, легированного серебром, для лечения перипротезной инфекции. Травматология и ортопедия России. 2019;25(4):98-108. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-98-108. Nikolaev N.S., Lyubimova L.V., Pchelova N.N., Preobrazhenskaya E.V., Alekseeva A.V. Treatment of Periprosthetic Infection with Silver-Doped Implants Based on Two-Dimensional Ordered Linear Chain Carbon. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2019;25(4):98-108. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-98-108.
- Liu R., Memarzadeh K., Chang B., Zhang Y., Ma Z., Allaker R.P. et al. Antibacterial effect of copper-bearing titanium alloy (Ti-Cu) against Streptococcus mutans and Porphyromonas gingivalis. Sci Rep. 2016;6:29985. doi: 10.1038/srep29985.
- Heo D.N., Ko W.K., Lee H.R., Lee S.J., Lee D., Um S.H. et al. Titanium dental implants surface-immobilized with gold nanoparticles as osteoinductive agents for rapid osseointegration. J Colloid Interface Sci. 2016:469: 129-137. doi: 10.1016/j.jcis.2016.02.022.
- Li M., Wu G., Wang M., Hunziker E.B., Liu Y. Crystalline biomimetic calcium phosphate coating on mini-pin implants to accelerate osseointegration and extend drug release duration for an orthodontic application. Nanomaterials. 2022;12(14):2439. doi: 10.3390/nano12142439.
- Lin X., Chen J., Liao Y., Pathak J.L., Li H., Liu Y. Biomimetic calcium phosphate coating as a drug delivery vehicle for bone tissue engineering: A mini-review. Coatings. 2020;10(11):1118. doi: 10.3390/coatings10111118.
- Шаркеев Ю.П., Седельникова М.Б., Толкачева Т.В., Щеглова Н.А., Панченко А.А., Красовский И.Б. и др. Микродуговые Zn- и Ag-содержащие покрытия для имплантатов со сложной поровой архитектурой, полученных методом 3D-печати из титанового сплава. Травматология и ортопедия России. 2020;26(2): 109-119. doi: 10.21823/2311-2905-2020-26-2-109-119. Sharkeev Yu.P., Sedelnikova M.B., Tolkacheva T.V., Shcheglova N.A., Panchenko A.A., Krasovsky I.B. et al. Micro-Arc Zn- and Ag-Containing Coatings for Implants with Complex Porous Architecture Obtained by 3D Printing Method from Titanium Alloy. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2020;26(2):109-119. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2020-26-2-109-119.
- Стогов М.В., Еманов А.А., Кузнецов В.П., Комарова Е.Г., Горбач Е.Н., Киреева Е.А. и др. Влияние цинксодержащего кальций-фосфатного покрытия на остеоинтеграцию чрескожных имплантатов для протезирования конечностей. Гений ортопедии. 2024;30(5):677-686. doi: 10.18019/1028-4427-2024-30-5-677-686. Stogov M.V., Emanov A.A., Kuznetsov V.P., Komarova E.G., Gorbach E.N., Kireeva E.A. et al. The effect of zinc-containing calcium phosphate coating on the osseointegration of transcutaneous implants for limb prosthetics. Genij Ortopedii. 2024;30(5):677-686. (In Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2024-30-5-677-686.
- Germaini M.M., Belhabib S., Guessasma S., Deterre R., Corre P., Weiss P. Additive manufacturing of biomaterials for bone tissue engineering – A critical review of the state of the art and new concepts. Progress in Materials Science. 2022;130:100963. doi: 10.1016/j.pmatsci.2022.100963.
- Renuka R., Devi K.R., Sivakami M., Thilagavathi T., Uthrakumar R., Kaviyarasu K. Biosynthesis of silver nanoparticles using phyllanthus emblica fruit extract for antimicrobial application. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020;24:101567. doi: 10.1016/j.bcab.2020.101567.
- Bruna T., Maldonado-Bravo F., Jara P., Caro N. Silver Nanoparticles and Their Antibacterial Applications. Int J Mol Sci. 2021;22(13):7202. doi: 10.3390/ijms22137202.
- Тапальский Д.В., Осипов В.А., Сухая Г.Н., Ярмоленко М.А., Рогачев А.А., Рогачев А.В. Биосовместимые композиционные антибактериальные покрытия для защиты имплантатов от микробных биопленок. Проблемы здоровья и экологии. 2013; (2):129-134. doi: 10.51523/2708-6011.2013-10-2-24. Tapalskiy D.V., Osipov V.A., Sukhaya G.N., Yarmolenko M.A., Rogachiov A.A., Rogachiov A.V. Biocompatible composite antibacterial coatings for protection of implants against microbial biofilms. Health and Ecology Issues. 2013;(2):129-134. (In Russian). doi: 10.51523/2708-6011.2013-10-2-24.
- Roszak J., Smok-Pieniążek A., Spryszyńska S., Kowalczyk K., Domeradzka-Gajda K., Świercz R. et al. Cytotoxic effects in transformed and non-transformed human breast cell lines after exposure to silver nanoparticles in combination with selected aluminium compounds, parabens or phthalates. J Hazard Mater. 2020;392:122442. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122442.
- Ferdous Z., Nemmar A. Health Impact of Silver Nanoparticles: A Review of the Biodistribution and Toxicity Following Various Routes of Exposure. Int J Mol Sci. 2020;21(7):2375. doi: 10.3390/ijms21072375.
Дополнительные файлы
