Изучение биосовместимости и остеоинтеграционных свойств пористых сплавов NiTiAg в условиях in vivo

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

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. 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. 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.

1. Шишкова 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/10.29001/2073-8552-2017-32-1-111-115

2. Артюхина 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/10.29001/2073-8552-2019-34-2-118-128

3. Klug 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.106.678664

4. Menz 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.S319780

5. Juan 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.S8810

6. Марченко 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/10.29001/2073-8552-2024-39-1-184-193

7. Борисов 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/psaic1566

8. Abdallah 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-w

9. Прокопчук 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).

10. 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/s11661-006-0047-5

11. Marchenko 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.2022.02.13

12. Jin 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/EHP10255

13. Cardiff 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.prot073411

14. Blair 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.143

15. 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).

16. 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).

17. 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.2003.18.9.1706