Влияние ниобия на биологические свойства циркониевых сплавов, применяемых для изготовления имплантационных материалов

Сплавы системы Zr-Nb на протяжении полувека используются в качестве материалов для ядер­ной энергетики. Однако в настоящее время опубликован ряд работ, в которых не только предлагается исполь­зовать циркониевые сплавы в медицинских целях, но и даются экспериментально-клинические обоснования их применения. Так во Всесоюзном научно-исследовательском и испытательном институте медицинской техники в 2002 г. были проведены испытания циркониевого сплава, в результате которых не было выявлено статистически достоверных изменений показателей, характеризующих функциональное состояние организ­ма по сравнению с контролем. Патоморфологические исследования циркониевого сплава Э125 показали от­сутствие патологических изменений со стороны внутренних органов и тканей. Запатентованы и внедрены в производство стоматологические имплантаты «Дивадент», предназначенные для двухэтапной имплантации, изготовленные из циркония, и остеоинтегрируемые имплантаты системы «ЛИКо», изготовленные из титана марки ВТ1 и циркониевого сплава Э125.

Несомненным преимуществом циркониевых сплавов являются их высокие физико-механические свой­ства, обусловленные дисперсным и твердорастворным упрочнением за счет легирующего элемента ниобия.

Сочетание высокой коррозионной стойкости, технологичности, трещиноустойчивости, усталостной выносливости и биологической инертности позволяет использовать низколегированные циркониевые сплавы, например Э110, Э125, как идеальные отечественные сплавы для изготовления эндопротезов и имплантатов и применять их в клинической онкологии, стоматологии, травматологии и других областях медицины. Сплавы циркония, применяемые в медицине, содержат ниобий в различном количестве, влияние которого на биологические свойства тканей и клеток не изучено.

Целью совместного исследования учёных из Института физики прочности и материаловедения СО РАН (г. Томск) и Университета Дуйсбург-Эссен (Германия) было определение влияния ниобия в циркониевых сплавах, а также шероховатости по­верхности на жизнеспособность клеток в ходе МТТ-теста.

В качестве материалов исследования выбраны цирконий иодидный, сплавы Э110 (1 масс. % Nb) и Э125 (2,5 масс. % Nb). Образцы представляли собой пластины размером 10 х 10 х 1 мм³. Для экс­периментов были выбраны два типа поверхности - полированная (шероховатость не более 0,3 мкм) и после пескоструйной обработки частицами Al₂O₃ (шероховатость 2,5-2,8 мкм). Для биологических исследований использовались клетки остеосаркомы (MG-63). Для культивирования клеток применялась среда DMEM с до­бавлением 10 % бычьего альбумина (FBS), 2 мМ глютамина, 100 мг/мл пенициллина и стрептомицина («Life Technology», Германия). Тестируемые образцы помещали в 24-луночные планшеты («Sarstedt», Германия), до­бавляли клеточную взвесь в концентрации 5 х 10⁴ жизнеспособных MG-63 клеток в 0,5 мл культуральной сре­ды. Контролем роста служила культура MG-63 клеток на поверхности стекла. Через 5 и 10 сут в лунки добав­ляли 60 мкл MTT реагента (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide («Sigma», «Steinheim», Германия); 5 мг/ мл в фосфатном буфере (PBS). Клетки инкубировались 1 ч при 37 °С. Затем надосадочную жидкость удаляли, добавляли по 300 мкл диметилсульфоксида и инкубировали еще 30 мин при 37 °С. Раство­рившиеся кристаллы перемешивали и переносили по 100 мкл в 96-луночный планшет. Определение концен­трации формазана проводили стандартным колориметрическим методом при X = 570 нм («Thermo Scientific Multiskan® FC», «Mikrotiterplatten-Photometer»). Исследование морфологии клеток проводили на растровом электронном микроскопе «ESEM Quanta 400». Для подготовки к растровой электронной микроскопии об­разцы с адгезированными клетками фиксировали в 3,7 % глутаральдегиде в течение 30 мин, с последующим двукратным промыванием фосфатным буфером (рН = 7,2-7,4). Далее производили обезвоживание клеток
в серии водных растворов этанола восходящей концентрации 40, 60, 80, 96 % по 10 мин в каждом и оставляли на 24 ч до полного высыхания.

В результате биологических исследований определено, что все тестируемые образцы цир­кония обладают высокой биосовместимостью и не цитотоксичны. При увеличении времени инкубирования (5 и 10 дней) наблюдается значительный рост клеток.

Определено, что с увеличением концентрации ниобия в сплаве жизнеспособность клеток увеличивается. Морфологические исследования показали хорошую адгезионную способность клеток ко всем субстратам, однако при культивировании на шероховатой поверхности клетки приобретают более компакт­ный размер и округлую форму.

Автор материала Елена Васильева, врач общей практики специально для Spinet.ru

Также стоит почитать: