cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2026-41-1-180-189cardiotomsk-3024Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESИзучение биосовместимости и остеоинтеграционных свойств пористых сплавов NiTiAg в условиях in vivoAn in vivo investigation of the biocompatibility and osseointegration characteristics of porous NiTiAg alloyshttps://orcid.org/0000-0003-4615-5270МарченкоЕ. С.MarchenkoE. S.

Марченко Екатерина Сергеевна - д-р физ.-мат. наук, доцент, заведующий лабораторией медицинских сплавов и имплантов с памятью формы, НИ ТГУ.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

Ekaterina S. Marchenko - Dr. Sci. (Phys.-Math.), Associate Professor, Head of the Laboratory of Medical Alloys and Shape Memory Implants, NR TSU.

36, Lenin Ave, Tomsk, 634045

89138641814@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3233-7156ПрокопчукА. О.ProkopchukA. O.

Прокопчук Анна Олеговна - канд. биол. наук, старший научный сотрудник, лаборатория биоразнообразия и экологии, НИИ биологии и биофизики, НИ ТГУ.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

Anna O. Prokopchuk - Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Scientist, Laboratory of Biodiversity and Ecology, Research Institute of Biology and Biophysics, NR TSU.

36, Lenin Ave, Tomsk, 634045

bio_1979@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9853-2766БайгонаковаГ. А.BaigonakovaG. A.

Байгонакова Гульшарат Аманболдыновна - канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, лаборатория медицинских сплавов и имплантов с памятью формы, НИ ТГУ.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

Gulsharat A. Baigonakova - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Research Scientist, Laboratory of Medical Alloys and Shape Memory Implants, NR TSU.

36, Lenin Ave, Tomsk, 634045

gat72@mail.ruЖелезняковаА. А.ZheleznyakovaA. A.

Железнякова Анастасия Антоновна - студент 2-го курса магистратуры НИ ТГУ Томск.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

Anastasia A. Zheleznyakova - Second-year Master's Student, NR TSU.

36, Lenin Ave, Tomsk, 634045

stussyraikkonen@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0990-2580СветликМ. В.SvetlikM. V.

Светлик Михаил Васильевич - канд. биол. наук, доцент, заведующий лабораторией нейробиологии, НИИ биологии и биофизики, НИ ТГУ.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

Mikhail V. Svetlik - Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Head of the Laboratory of Neurobiology, Research Institute of Biology and Biophysics, NR TSU.

36, Lenin Ave, Tomsk, 634045

mihasv@gmail.comБородинаС. В.BorodinaS. V.

Бородина Светлана Владимировна - заведующий виварием, НИ ТГУ.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

Svetlana V. Borodina - Head of the Vivarium, Biology Institute, NR TSU.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

borodinasvetlana82@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-2098-7779ШадринаМ. М.ShadrinaM. M.

Шадрина Мария Михайловна - младший научный сотрудник, лаборатория нейробиологии, НИИ биологии и биофизики, НИ ТГУ.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

Maria M. Shadrina - Junior Research Scientist, Laboratory of Neurobiology, Research Institute of Biology and Biophysics, NR TSU.

36, Lenin Ave, Tomsk, 634045

m.m.shadrina@list.ruВасильеваИ. А.VasilyevaI. A.

Васильева Ирина Александровна - канд. филос. наук, доцент, кафедра английской филологии и межкультурной коммуникации, ИИЯМС, ТГПУ.

634061, Томск, ул. Киевская, 60

Irina A. Vasilyeva - Cand. Sci. (Philos). Associate Professor, Department of English Philology and Intercultural Communication, IFLIC TSPU.

60, Kievskaya str., Tomsk, 634061

drvasilyeva@tspu.ruhttps://orcid.org/0009-0008-0008-065XСинкинаИ. Л.SinkinnaI. L.

Синкина Ирина Леонидовна - младший научный сотрудник, лаборатория медицинских сплавов и имплантов с памятью формы, НИ ТГУ.

634045, Томск, пр. Ленина, 36

Irina L. Sinkina - Junior Research Scientist, Laboratory of Medical Alloys and Shape Memory Implants, NR TSU.

36, Lenin Ave, Tomsk, 634045

89138641814@mail.ruНациональный исследовательский Томский государственный университет (НИ ТГУ), Российская ФедерацияРоссияNational Research Tomsk State University (NR TSU)Russian FederationИнститут иностранных языков и международного сотрудничества Томского государственного педагогического университета (ИИЯМС ТГПУ)РоссияInstitute of Foreign Languages and International Cooperation , Tomsk State Pedagogical University (IFLIC TSPU)Russian Federation202605042026411180189Copyright © Марченко Е.С., Прокопчук А.О., Байгонакова Г.А., Железнякова А.А., Светлик М.В., Бородина С.В., Шадрина М.М., Васильева И.А., Синкина И.Л., 20262026Марченко Е.С., Прокопчук А.О., Байгонакова Г.А., Железнякова А.А., Светлик М.В., Бородина С.В., Шадрина М.М., Васильева И.А., Синкина И.Л.Marchenko E.S., Prokopchuk A.O., Baigonakova G.A., Zheleznyakova A.A., Svetlik M.V., Borodina S.V., Shadrina M.M., Vasilyeva I.A., Sinkinna I.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/3024Введение

Введение. Пористые никелид-титановые сплавы (NiTi) привлекают внимание как материалы для имплантов из-за сочетания механической совместимости с костной тканью и способности к остеоинтеграции. Добавление наночастиц серебра (AgNPs) может изменять структурно-фазовое состояние и поверхностные характеристики материала, однако его биологическое поведение in vivo остается недостаточно изученным.

Цель работы

Цель работы: оценка биосовместимости и остеоинтеграционного потенциала пористых сплавов NiTiAg, синтезированных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Материал и методы

Материал и методы. Сплавы NiTiAg с 0,5 ат.% AgNPs исследовали методом рентгенофазового анализа и механических испытаний для оценки фазового состава и свойств. Для in vivo эксперимента имплантаты размещали в область черепной кости мышей Balb/c (n = 10) на 14 сут. Гистологический анализ выполняли с использованием гематоксилина-эозина, окраски по методу фон Косса, ализарина красного S и иммуногистохимии к остеопонтину (Opn). Остеогенную дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток (МСК) in vitro изучали на поверхности сплава. Состояние иммунного ответа оценивали по лейкоцитарному профилю.

Результаты

Результаты. Сплавы обладали низким модулем упругости и прочностью, сопоставимой с костной тканью. В зоне имплантации выявлены сохраненная архитектура кости, формирование васкуляризованной капсулы соединительной ткани и отсутствие воспалительной реакции. Окраски продемонстрировали активную минерализацию и участие остеобластов в формировании нового костного матрикса. Экспрессия Opn указывала на активный остеогенез. МСК in vitro полностью дифференцировались в остеобласты с формированием кальциевого матрикса. Профиль лейкоцитов оставался в пределах физиологической нормы.

Обсуждение

Обсуждение. Полученные данные свидетельствуют о том, что пористые сплавы NiTiAg обладают биосовместимостью, остеокондуктивностью и низкой иммуногенностью. Введение AgNPs не оказывает негативного влияния на клетки и ткани, а также позволяет сохранить требуемые показатели биосовместимости и остеоинтеграции материала. Материал может рассматриваться как перспективная основа для создания имплантов, способствующих регенерации костной ткани и снижению риска инфекционных осложнений.

Introduction

Introduction. Porous nickel-titanium (NiTi) alloys are attracting attention as implant materials due to their combination of mechanical compatibility with bone tissue and osteointegration capacity. The addition of silver nanoparticles (AgNPs) can alter the structural and phase state and surface characteristics of the material, but its biological behavior in vivo remains insufficiently studied.

Aim

Aim: To assess the biocompatibility and osseointegration potential of porous NiTiAg alloys synthesized by self-propagating hightemperature synthesis (HSS).

Material and Methods

Material and Methods. NiTiAg alloys with 0.5 at. % AgNPs were studied by X-ray phase analysis and mechanical testing to evaluate their phase composition and properties. For the in vivo experiment, implants were placed in the cranial bone region of Balb/c mice (n = 10) for 14 days. Histological analysis was performed using hematoxylin-eosin, von Kossa staining, alizarin red S, and immunohistochemistry for osteopontin (Opn). Osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) in vivo was studied on the alloy surface. The state of the immune response was assessed by the leukocyte profile.

Results

Results. The alloys had a low modulus of elasticity and strength comparable to bone tissue. In the implantation area, preserved bone architecture, the formation of a vascularized connective tissue capsule, and the absence of an inflammatory response were observed. Staining demonstrated active mineralization and the participation of osteoblasts in the formation of new bone matrix. Opn expression indicated active osteogenesis. MSCs in vivo completely differentiated into osteoblasts with the formation of a calcium matrix. The leukocyte profile remained within physiological limits.

Discussion

Discussion. The data obtained indicate that porous NiTiAg alloys are biocompatible, osteoconductive, and have low immunogenicity. The introduction of AgNPs does not have a negative effect on cells and tissues and also allows the required biocompatibility and osseointegration parameters of the material to be maintained. The material can be considered a promising basis for the creation of implants that promote bone tissue regeneration and reduce the risk of infectious complications.

никелид титана NiTiнаночастицы серебрабиосовместимостьостеоинтеграциямеханические свойстваNiTiargentum nanoparticlesbiocompatibilityosseointegrationmechanical propertiesисследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации FSWM-2025-0009the study was conducted as part of the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation FSWM-2025-0009ReferencesШишкова Д.К., Кудрявцева Ю.А., Насонова М.В., Ходыревская Ю.И., Бурков Н.Н. Экспериментальное исследование биосовместимости противоспаечных мембран при околосердечной имплантации. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2017;32(1):111–115. https://doi.org/10.29001/2073-8552-2017-32-1-111-115Shishkova D.K., Kudryavtseva Yu.A., Nasonova M.V., Khodyrevskaya Yu.I., Burkov N.N. Biocompatibility testing of natural and synthetic pericardial adhesion barriers. Siberian Journal of Clinical and Experimental Medicine. 2017;32(1):111–115. https://doi.org/10.29001/2073-8552-2017-32-1-111-115Артюхина Е.А., Васковский В.А., Венедиктов А.А., Евдокимов С.В., Дурманов С.С., Евтюшкин И.А. и др. Оценка функциональных свойств биологического чехла для имплантируемых кардиоустройств, импрегнированного биоактивными веществами, в эксперименте на крупных лабораторных животных. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2019;34(2):118–128. https://doi.org/10.29001/2073-8552-2019-34-2-118-128Artukhina E.A., Vaskovskiy V.A., Venediktov A.A., Evdokimov S.V., DurmanovS.S., Evtjushkin I.A. et al. Evaluation of thе functional properties of а biological case for implantable cardiac devices, impregnated with bioactive substances in an experiment on large laboratory anlmals. Siberian Journal of Clinical and Experimental Medicine. 2019;34(2):118–128. https://doi.org/10.29001/2073-8552-2019-34-2-118-128Klug D., Balde M., Pavin D., Hidden-Lucet F., Clementy J., Sadoul N. et al. Risk factors related to infections of implanted pacemakers and cardioverter-defibrillators: results of a large prospective study. Circulation. 2007;116(12):1349–1355. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.106.678664Klug D., Balde M., Pavin D., Hidden-Lucet F., Clementy J., Sadoul N. et al. Risk factors related to infections of implanted pacemakers and cardioverter-defibrillators: results of a large prospective study. Circulation. 2007;116(12):1349–1355. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.106.678664Menz B.D., Charani E., Gordon D.L., Leather A.J., Moonesinghe S.R., Phillips C.J. Surgical antibiotic prophylaxis in an era of antibiotic resistance: common resistant bacteria and wider considerations for practice. Infection and drug resistance. 2021:5235–5252. https://doi.org/10.2147/IDR.S319780Menz B.D., Charani E., Gordon D.L., Leather A.J., Moonesinghe S.R., Phillips C.J. Surgical antibiotic prophylaxis in an era of antibiotic resistance: common resistant bacteria and wider considerations for practice. Infection and drug resistance. 2021:5235–5252. https://doi.org/10.2147/IDR.S319780Juan L., Zhimin Z., Anchun M., Lei L., Jingchao Z. Deposition of silver nanoparticles on titanium surface for antibacterial effect. International journal of nanomedicine. 2010:261–267. https://doi.org/10.2147/IJN.S8810Juan L., Zhimin Z., Anchun M., Lei L., Jingchao Z. Deposition of silver nanoparticles on titanium surface for antibacterial effect. International journal of nanomedicine. 2010:261–267. https://doi.org/10.2147/IJN.S8810Марченко Е.С., Гордиенко И.И., Козулин А.А., Байгонакова Г.А., Борисов С.А., Гарин А.С. и др. Исследование биосовместимости пористых 3D-TiNi имплантатов в условиях in vivo. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2024;39(1):184–193. https://doi.org/10.29001/2073-8552-2024-39-1-184-193Marchenko E.S., Gordienko I.I., Kozulin A.A., Baigonokova G.A., Borisov S.A., Garin A.S. et. al. Study of the biocompatibility of porous 3D-TiNi implants in vivo. Siberian Journal of Clinical and Experimental Medicine. 2024;39(1):184–193. https://doi.org/10.29001/2073-8552-2024-39-1-184-193Борисов С.А., Гордиенко И.И., Цап Н.А., Байгонакова Г.А., Марченко Е.С., Лариков В.А. Антибактериальная активность и биосовместимость аугментов из никелида титана с добавлением наночастиц серебра для костной пластики. Российский вестник детской хирургии, анестезиологии и реаниматологии. 2024;14(1):21–31. https://doi.org/10.17816/psaic1566Borisov S.A., Gordienko I.I., Tsap N.A., Baigonakova G.A., Marchenko E.S., Larikov V.A. Antibacterial activity and biocompatibility of titanium nickelide augments with the addition of silver nanoparticles for bone grafting: an experimental study.russian Journal of Pediatric Surgery, Anesthesia and Intensive Care. 2024;14(1):21–31. https://doi.org/10.17816/psaic1566Abdallah O.M., Sedky Y., Shebl H.R. Comprehensive evaluation of the antibacterial and antibiofilm activities of NiTi orthodontic wires coated silver nanoparticles and nanocomposites: an in vitro study. BMC Oral Health. 2024;24:1345. https://doi.org/10.1186/s12903-024-05104-wAbdallah O.M., Sedky Y., Shebl H.R. Comprehensive evaluation of the antibacterial and antibiofilm activities of NiTi orthodontic wires coated silver nanoparticles and nanocomposites: an in vitro study. BMC Oral Health. 2024;24:1345. https://doi.org/10.1186/s12903-024-05104-wПрокопчук А.О., Железнякова А.А., Сахарова Д.Д., Бородина С.В. Новый протокол остеонаправленной дифференцировки МСК мышей линии Balb/с. 2024. URL: https://vital.lib.tsu.ru/vital/access/services/Download/koha:001150884/SOURCE1 (30.12.2025).Prokopchuk A.O., Zheleznyakova A.A., Sakharova D.D., Borodina S.V. A new protocol for osteonirectional differentiation of mouse MSCs Balb/с. 2024. URL: https://vital.lib.tsu.ru/vital/access/services/Download/koha:001150884/SOURCE1 (30.12.2025).Yuan B., Zhang X.P., Zhu M., Zeng M.Q. Acomparative study of the porous TiNi shape-memory alloys fabricated by three different processes. Metall. Mater. Trans. A. 2006;37:755–761. https://doi.org/10.1007/s11661-006-0047-5Yuan B., Zhang X.P., Zhu M., Zeng M.Q. Acomparative study of the porous TiNi shape-memory alloys fabricated by three different processes. Metall. Mater. Trans. A. 2006;37:755–761. https://doi.org/10.1007/s11661-006-0047-5Marchenko E., Baigonakova G., Larikov V., Monogenov A. Influence of silver nanoparticles on the structure and mechanical properties of porous titanium nickelide alloys.russ. J. Non-ferr. Met. 2022;2:78–84. https://doi.org/10.17580/nfm.2022.02.13Marchenko E., Baigonakova G., Larikov V., Monogenov A. Influence of silver nanoparticles on the structure and mechanical properties of porous titanium nickelide alloys.russ. J. Non-ferr. Met. 2022;2:78–84. https://doi.org/10.17580/nfm.2022.02.13Jin H., Yang C., Jiang C., Li L., Pan M., Li D. et. al. Evaluation of neurotoxicity in BALB/c mice following chronic exposure to polystyrene microplastics. Environmental health perspectives. 2022;130(10):107002. https://doi.org/10.1289/EHP10255Jin H., Yang C., Jiang C., Li L., Pan M., Li D. et. al. Evaluation of neurotoxicity in BALB/c mice following chronic exposure to polystyrene microplastics. Environmental health perspectives. 2022;130(10):107002. https://doi.org/10.1289/EHP10255Cardiff R.D., Miller C.H., Munn R.J. Manual hematoxylin and eosin staining of mouse tissue sections. Cold Spring Harbor Protocols. 2014;2014(6):pdb.prot073411. https://doi.org/10.1101/pdb.prot073411Cardiff R.D., Miller C.H., Munn R.J. Manual hematoxylin and eosin staining of mouse tissue sections. Cold Spring Harbor Protocols. 2014;2014(6):pdb.prot073411. https://doi.org/10.1101/pdb.prot073411Blair H.C., Robinson L.J., Huang C.L.H., Sun L., Friedman P.A., Schlesinger P.H et al. Calcium and bone disease. Biofactors. 2011;37(3):159–167. https://doi.org/10.1002/biof.143Blair H.C., Robinson L.J., Huang C.L.H., Sun L., Friedman P.A., Schlesinger P.H et al. Calcium and bone disease. Biofactors. 2011;37(3):159–167. https://doi.org/10.1002/biof.143Caplan A.I. Mesenchymal stem cells. Journal of orthopaedic research. 1991;9(5):641–650. URL: https://www.lipogems.com/wp-content/uploads/2024/01/Caplan-1991.pdf (30.12.2025).Caplan A.I. Mesenchymal stem cells. Journal of orthopaedic research. 1991;9(5):641–650. URL: https://www.lipogems.com/wp-content/uploads/2024/01/Caplan-1991.pdf (30.12.2025).Kassis I., Zangi L., Rivkin R., Levdansky L., Samuel S., Marx G. et al. Isolation of mesenchymal stem cells from G-CSF-mobilized human peripheral blood using fibrin microbeads. Bone marrow transplantation. 2006;37(10):967–976. URL: https://www.nature.com/articles/1705358. (30.12.2025).Kassis I., Zangi L., Rivkin R., Levdansky L., Samuel S., Marx G. et al. Isolation of mesenchymal stem cells from G-CSF-mobilized human peripheral blood using fibrin microbeads. Bone marrow transplantation. 2006;37(10):967–976. URL: https://www.nature.com/articles/1705358. (30.12.2025).Morinobu M., Ishijima M., Rittling S.R., Tsuji K., Yamamoto H., A. et al. Osteopontin expression in osteoblasts and osteocytes during bone formation under mechanical stress in the calvarial suture in vivo. Journal of Bone and Mineral Research. 2003;18(9):1706–1715. https://doi.org/10.1359/jbmr.2003.18.9.1706Morinobu M., Ishijima M., Rittling S.R., Tsuji K., Yamamoto H., A. et al. Osteopontin expression in osteoblasts and osteocytes during bone formation under mechanical stress in the calvarial suture in vivo. Journal of Bone and Mineral Research. 2003;18(9):1706–1715. https://doi.org/10.1359/jbmr.2003.18.9.1706

The authors declare that there are no conflicts of interest present.