Ключевые слова
аугментация
остеозамещающий материал
биокерамика
цирконат лантана
Funding data
-
Russian Science Foundation
Grant numbers 22-25-20037
Аннотация
Дефекты костной ткани становятся все более распространенными и оказывают огромное влияние на качество жизни пациентов. Актуальной проблемой современных травматологии и ортопедии является поиск новых остеозамещающих материалов для имплантации, сочетающих в себе отсутствие цитотоксичности, высокую прочность и остеоинтеграционные характеристики. Цель исследования — определить характер влияния новых керамических материалов на основе цирконата лантана на культуру клеток человека для оценки перспективности их применения в качестве остеозамещающих имплантатов. Материалы и методы. Образцы биокерамики получены в Институте высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН). Для исследования цитосовместимости изучаемых материалов использовали культуру дермальных фибробластов человека. Клетки культивировали в среде Игла, модифицированной по Дульбекко (англ. Dulbecco’s Modified Eagle Medium, DМЕМ; «Биолот»). Образцы биокерамики — La2Zr2O7 (цирконат лантана недопированный, ЦЛ), La0,9Ca0,1Zr2O6,95 (цирконат лантана, допированный кальцием, ЦЛК) и La0,9Sr0,1Zr2O6,95 (цирконат лантана, допированный стронцием, ЦЛС) — использовали в виде круглых пластинок диаметром 5 мм и толщиной 2 мм. После стерилизации пластинки помещали в лунки 24-луночного планшета и наносили на них суспензию клеток (500 мкл). Клетки культивировали без смены среды в течение 5 суток. Контроль — лунки без образцов биокерамики. Исследование цитосовместимости керамических материалов включало в себя определение жизнеспособности и пролиферативной активности клеток через 1, 3 и 5 суток культивирования. Результаты. Исследование установило цитосовместимость изучаемой керамики на основе цирконата лантана. Показано нарастание пролиферативной активности и индекса жизнеспособности фибробластов человека после периода адаптации клеток к воздействию исследуемых керамических материалов. Установлено, что допирование цирконата лантана кальцием либо стронцием замедляет адаптацию фибробластов человека в процессе культивирования на исследуемых керамических материалах без существенных различий между ЦЛК и ЦЛС. Выводы. При взаимодействии фибробластов человека с исследуемыми керамическими материалами жизнеспособность клеток изменяется в пределах допустимых значений и является достаточной для поддержания их восстановительного потенциала. Реализация настоящего этапа доклинических исследований дает обоснование дальнейшему изучению этих материалов для аугментации костной ткани.
Финансирование
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 22-25-20037), https://rscf.ru/project/22-25-20037/.
Для цитирования
Влияние новых керамических материалов на основе цирконата лантана на культуру клеток человека / Е. А. Волокитина, М. В. Улитко, Ю. Я. Антонец [и др.] // Вестник УГМУ. 2023. № 4. С. 7–17. EDN: https://elibrary.ru/MIPNBM.
Список источников
Гилев М. В. Хирургическое лечение внутрисуставных импрессионных переломов дистального отдела лучевой кости // Гений ортопедии. 2018. Т. 24, № 2. С. 134–141. DOI: https://doi.org/10.18019/1028-4427-2018-24-2-134-141.
Clinical and Research Approaches to Treat Non-union Fracture / C. Schlundt, C. H. Bucher, S. Tsitsilonis [et al.] // Current Osteoporosis Reports. 2018. Vol. 16, Iss. 2. P. 155–168. DOI: https://doi.org/10.1007/s11914-018-0432-1.
Cleft Alveolar Bone Graft Materials: Literature Review / C. Dissaux, L. Ruffenach, C. Bruant-Rodier [et al.] // The Cleft Palate Craniofacial Journal. 2022. Vol. 59, Iss. 3. P. 336–346. DOI: https://doi.org/10.1177/10556656211007692.
Ferraz M. P. Bone Grafts in Dental Medicine: An Overview of Autografts, Allografts and Synthetic Materials // Materials. 2023. Vol. 16, Iss. 11, Art. No. 4117. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16114117.
Basic Research and Clinical Application of Beta-tricalcium Phosphate (β-TCP) / T. Tanaka, H. Komaki, M. Chazono [et al.] // Morphologie. 2017. Vol. 101, Iss. 334. P. 164–172. DOI: https://doi.org/10.1016/j.morpho.2017.03.002.
Calcium Phosphate Ceramics and Synergistic Bioactive Agents for Osteogenesis in Implant Dentistry / C. Xu, Y. Sun, J. Jansen [et al.] // Tissue Engineering. Part C : Methods. 2023. Vol. 29, No. 5. P. 197–215. DOI: https://doi.org/10.1089/ten.TEC.2023.0042.
Relative Performance of Various Biomaterials Used for Maxillary Sinus Augmentation: A Bayesian Network Meta-analysis / B. Trimmel, N. Gede, P. Hegyi [et al.] // Clinical Oral Implants Research. 2021. Vol. 32, Iss. 2. P. 135–153. DOI: https://doi.org/10.1111/clr.13690.
Bioceramics for Osteochondral Tissue Engineering and Regeneration / S. Pina, R. Rebelo, V. M. Correlo [et al.] // Osteochondral Tissue Engineering / Ed. by J. Oliveira, S. Pina, R. Reis, J. San Roman. Cham : Springer, 2018. P. 53–75. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-76711-6_3.
Zirconia Surface Modifications for Implant Dentistry / F. Schünemann, M. Galárraga-Vinueza, R. Magini [et al.] // Materials Science and Engineering: C. 2019. Vol. 98. P. 1294–1305. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.01.062.
Magnesium-Containing Mixed Coatings on Zirconia for Dental Implants: Mechanical Characterization and In Vitro Behavior / K. Pardun, L. Treccani, E. Volkmann [et al.] // Journal of Biomaterials Applications. 2015. Vol. 30, Iss. 1. P. 104–118. DOI: https://doi.org/10.1177/0885328215572428.
Ceramic Materials Based on Lanthanum Zirconate for the Bone Augmentation Purposes: Materials Science Approach / N. Tarasova, A. Galisheva, K. Belova [et al.] // Chimica Techno Acta. 2022. Vol. 9, Iss. 2, Art. No. 20229209. DOI: https://doi.org/10.15826/chimtech.2022.9.2.09.
Current Findings Regarding Zirconia Implants / R. Depprich, C. Naujoks, M. Ommerborn [et al.] // Clinical Implant Dentistry and Related Research. 2014. Vol. 16, Iss. 1. P. 124–137. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1708-8208.2012.00454.x.
A Review of Engineered Zirconia Surfaces in Biomedical Applications / L. Yin, Y. Nakanishi, A. R. Alao [et al.] // Procedia CIRP. 2017. Vol. 65. P. 284–290. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.04.057.
Current Status and Future Potential of Wear-Resistant Coatings and Articulating Surfaces for Hip and Knee Implants / C. Skjöldebrand, J. L. Tipper, P. Hatto [et al.] // Mater Today Bio. 2022. Vol. 30, Iss. 15, Art. No. 100270. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2022.100270.
Zirconium Ions Up-Regulate the BMP/SMAD Signaling Pathway and Promote the Proliferation and Differentiation of Human Osteoblasts / Y. Chen, S. Roohani-Esfahani, Z. Lu [et al.] // PLoS ONE. 2015. Vol. 10, Iss. 1, Art. No. e0113426. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0113426.
Development of Bone-Like Zirconium Oxide Nanoceramic Modified Chitosan Based Porous Nanocomposites for Biomedical Application / A. Bhowmick, N. Pramanik, P. Jana [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. 2017. Vol. 95. P. 348–356. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.11.052.
Pantulap U., Arango-Ospina M., Boccaccini A. R. Bioactive Glasses Incorporating Less-Common Ions to Improve Biological and Physical Properties // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2021. Vol. 33, Iss. 1, Art. No. 3. DOI: https://doi.org/10.1007/s10856-021-06626-3.
Lanthanum Chloride Attenuates Osteoclast Formation and Function Via the Downregulation of Rankl-Induced Nf-κb and Nfatc1 Activities / C. Jiang, J. Shang, Z. Li [et al.] // Journal of Cellular Physiology. 2016. Vol. 231, Iss. 1. P. 142–151. DOI: https://doi.org/10.1002/jcp.25065.
Barium Oxide Doped Magnesium Silicate Nanopowders for Bone Fracture Healing: Preparation, Characterization, Antibacterial and In Vivo Animal Studies / M. Mabrouk, G. Ibrahim Fouad, H. H. Beherei, D. B. Das // Pharmaceutics. 2022. Vol. 14, Iss. 8. Art. No. 1582. DOI: https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14081582.
Gadolinium-Doped Bioglass Scaffolds Promote Osteogenic Differentiation of hBMSC via the Akt/GSK3β Pathway and Facilitate Bone Repair In Vivo / D. Y. Zhu, B. Lu, J. H. Yin [et al.] // International Journal of Nanomedicine. 2019. Vol. 11, Iss. 14. P. 1085–1100. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S193576.
Jung G., Park Y., Han J. Effects of HA Released Calcium Ion on Osteoblast Differentiation // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2010. Vol. 21, Iss. 5. P. 1649–1654. DOI: https://doi.org/10.1007/s10856-010-4011-y.
Характеристика костной ткани при имплантации керамического материала на основе цирконата лантана в эксперименте / М. Ю. Измоденова, М. В. Гилев, М. В. Ананьев [и др.] // Травматология и ортопедия России. 2020. Т. 26, № 3. С. 130–140. DOI: https://doi.org/10.21823/2311-2905-2020-26-3-130-140.
Влияние керамического материала на основе цирконата лантана на динамику гематологических показателей и маркеров ремоделирования костной ткани: экспериментальное исследование / И. П. Антропова, Е. А. Волокитина, М. Ю. Удинцева [и др.] // Травматология и ортопедия России. 2022. Т. 28, № 1. С. 79–88. DOI: https://doi.org/10.17816/2311-2905-1704.
Silva A., Pallone E., Lobo A. Modification of Surfaces of Alumina-Zirconia Porous Ceramics with Sr2+ after SBF // Journal of the Australian Ceramic Society. 2020. Vol. 56. P. 517–524. DOI: https://doi.org/10.1007/s41779-019-00360-4.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная
© 2023 Волокитина Е. А., Улитко М. В., Антонец Ю. Я., Антропова И. П., Тимофеев К. А.