scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-17-2-79-87scbmt-1273Research ArticleДОКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОМЕДИЦИНЕNON-CLINICAL RESEARCH IN BIOMEDICINEIn vitro исследование биосовместимости титановых сплавов с модифицированной поверхностьюIn vitro Researches into the Biocompatibility of Titanium Alloys with a Modifi ed SurfaceЕшкуловУ. Э.ЕshkulovU. E.

Ешкулов Урмат Эрнисович

117198,  Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Urmat E. Еshkulov 

117198, Moscow, Miklukho-Maklaya Str., 6

urmatbiy@gmail.comТарбоковВ. А.TarbokovV. A.

Тарбоков Владислав Александрович, к.т.н.

634050,  Томск, пр. Ленина, 30

Vladislav А . Tarbokov, Cand. Sci. (Tech.)

634050,  Tomsk, Lenina Avenue, 30

 

ИвановС. Ю.IvanovS. Yu.

Иванов Сергей Юрьевич, д.м.н., проф., чл.-корр. РАН

117198,  Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6 ; 119991, Российская Федерация, Москва, ул. Трубецкая, 8/2

Sergey Yu. Ivanov, Dr. Sci. (Med.), Prof., Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

117198, Moscow, Miklukho-Maklaya Str., 6 ; 119991, Moscow, Trubetskaya Str., 8/2

НочовнаяН. А.NochovnayaN. A.

Ночовная Надежда Алексеевна, д.т.н., проф.

105005,  Москва, ул. Радио, 17

Nadezhda А. Nochovnaya, Dr. Sci. (Tech.), Prof. 

105005,  Moscow, Radio Str., 17

ДымниковА. Д.DymnikovA. B.

Дымников Александр Борисович

117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Аlexandr B. Dymnikov

117198, Moscow, Miklukho-Maklaya Str., 6

АлымбаевР. С.AlymbaevR. S.

Алымбаев Руслан Султанович, к.м.н.

720005,  Бишкек, ул. Байтик-Батыра, 34

Ruslan S. Alymbaev, Cand. Sci. (Med.)

720005,  Bishkek, Baytik-Batyra Str., 34

ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов»РоссияThe Peoples’ Friendship University of RussiaRussian FederationФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»РоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian FederationФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов»; ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет)РоссияThe Peoples’ Friendship University of Russia; First Moscow State Medical University named after I.M. Sechenovof the Ministry of Health care of Russia (Sechenov University);Russian FederationФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» ГНЦ РФРоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Aviation MaterialsRussian FederationНПО «Профилактическая медицина»РоссияScientific and Production Association «Preventive Medicine»Russian Federation2021260620211727987Copyright © Ешкулов У.Э., Тарбоков В.А., Иванов С.Ю., Ночовная Н.А., Дымников А.Д., Алымбаев Р.С., 20212021Ешкулов У.Э., Тарбоков В.А., Иванов С.Ю., Ночовная Н.А., Дымников А.Д., Алымбаев Р.С.Еshkulov U.E., Tarbokov V.A., Ivanov S.Y., Nochovnaya N.A., Dymnikov A.B., Alymbaev R.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1273

В работе приведены результаты сравнительного in vitro исследования биосовместимости титановых образцов, поверхность которых была подвергнута различным способам предварительной обработки: фрезерованию, механической обработке с кислотным травлением и облучением мощным ионным пучком (МИП) для создания рельефа с заданной величиной шероховатости и формой неровностей. Исследование эффективности прикрепления и роста фибробластов линии Balb/NIH 3 Т3 на изделиях из титана с различными типами обработки поверхности продемонстрировали, что после обработки мощным ионным пучком (МИП) титановой поверхности клетки активно её колонизировали, были распластаны и имели звездчатую форму, т. е. находились в состоянии активного роста. Оценка миграции примесей металла из титанового сплава ВТ 1–0 проводилась рентгенофлуоресцентным методом.

This work presents the results of a comparative in vitro study into the biocompatibility of titanium samples, the surface of which was pre-treated using various methods: milling, machining with acid etching and irradiation with a powerful ion beam (PIB) for creating a relief with the required roughness and the shape of asperities. A study of the effectiveness of attachment and growth of Balb/NIH 3T3 fi broblasts on titanium products with various types of surface treatment demonstrated that irradiation of a titanium surface with a powerful ion beam (PIB) leads to its active colonization with cells having a fl attened and stellate shape, which confi rms their active growth. An assessment of migration of metal impurities from the titanium alloy VT 1-0 was evaluated using the x-ray fl uorescence method

мощный ионный пучокадгезияфибробласты линии Balb/NIH 3Т3биосовместимостьрентгенофлуоресцентный анализPIBadhesionBalb/NIH 3T3 linebiocompatibilityx-ray fl uorescence methodReferencesАндреева Н.В., Бонарцев А.П., Жаркова И.И., Махина Т.К., Мышкина В.Л., Харитонова Е.П., Воинова В.В., Бонарцева Г.А., Шайтан К.В., Белявский А.В. Культивирование мезенхимальных стволовых клеток мыши на матриксах из поли-3-оксибутирата. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2015;2:114–119.Andreeva N.V., Bonartsev A.P., Zharkova I.I., Makhina T.K., Myshkina V.L., Kharitonova E.P., Voinova V.V., Bonartseva G.A., Shaitan K.V., Belyavskii A.V. Kul’tivirovanie mezenhimal’nyh stvolovyh kletok myshi na matriksah iz poli-3-oksibutirata [Culturing of mouse mesenchymal stem cells on poly-3-hydroxybutyrate scaffolds]. Kletochnye tekhnologii v biologii i medicine [Cell technologies in biology and medicine]. 2015;2:114–119. (In Russian)].Бонарцев А.П., Бонарцева Г.А., Мышкина В.Л., Воинова В.В., Махина Т.K., Жаркова И.И., Яковлев С.Г., Зернов А.Л., Иванова Э.В., Акулина Е.А., Кузнецова Е.С., Жуйков В.А., Алексеева С.Г., Подгорский В.В., Бессонов И.В., Копицына М.Н., Морозов А.С., Милановский Е.Ю., Тюгай З.Н., Быкова Г.С., Кирпичников М.П., Шайтан К.В. Биосинтез сополимера поли-3- оксибутират-со-3-окси-4-метилвалерат штаммом Azotobacter chroococcum 7B. Acta Naturae. 2016;8(3):85–96.Bonartsev A.P., Bonartseva G.A., Myshkina V.L., Voinova V.V., Mahina T.K., Zharkova I.I., Yakovlev S.G., Zernov A.L., Ivanova E.V., Akoulina E.A., Kuznetsova E.S., Zhuikov V.A., Alekseeva S.G., Podgorskii V.V., Bessonov I.V., Kopitsyna M.N., Morozov A.S., Milanovskiy E.Y., Tyugay Z.N., Bykova G.S., Kirpichnikov M.P., Shai tan K.V. Biosintez sopolimera poli-3-oksibutirat-so-3-oksi-4-metilvalerat shtammom Azotobacter chroococcum 7B [Biosynthesis of poly(3-hydroxybutyrateco-3-hydroxy-4-methylvalerate) by Strain Azotobacter chroococcum 7B]. Acta Naturae. 2016;8(3):85–96. (In Russian)].Бонарцев А.П., Мураев А.А., Деев Р.В., Волков А.В. Материал-ассоциированная костная резорбция. Современные технологии в медицине. 2018;10(4):26–33.Bonartsev А.P., Muraev А.А., Deyev R.V., Volkov А.V. Материал-ассоциированная костная резорбция [Material-Associated bone resorption]. Sovremennye tehnologii v medicine [Modern technologies in medicine]. 2018;10(4):26–33. (In Russian)]. DOI: 10.17691/stm2018.10.4.03.Исакова Ю.И., Пушкарев А.И., Тарбоков В.А. Измерение состава и энергетического спектра импульсного ионного пучка времяпролетным методом высокого разрешения. Известия Томского политехнического университета. 2010;316(2):76– 79.Isakova Yu.I., Pushkarev A.I., Tarbokov V.A. Izmerenie sostava i energeticheskogo spektra impul’snogo ionnogo puchka vremyaproletnym metodom vysokogo razresheniya [Measurement of the composition and energy spectrum of a pulsed ion beam using a high-resolution time-of-fl ight method]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University]. 2010;316(2):76–79. (In Russian)].Миронов М.М., Гребенщикова М.М., Стародумова Е.В. Исследование миграции ионов металлов с защитных наноструктурированных покрытий для имплантатов. Вестник технологического университета. 2016;19(20):23–26.Mironov M.M., Grebenshchikova M.M., Starodumova E.V. Issledovanie migracii ionov metallov s zashchitnyh nanostrukturirovannyh pokrytij dlya implantatov [Analysis of migration of metal ions from protective nanostructured coatings for implants]. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Technological University Bulletin]. 2016;19(20):23–26. (In Russian)].Мураев А.А., Бонарцев А.П., Гажва Ю.В., Рябова В.М., Волков А.В., Жаркова И.И., Стамболиев И.А., Кузнецова Е.С., Жуйков В.А., Мышкина В.Л., Махина Т.К., Бонарцева Г.А., Яковлев С.Г., Кудряшова К.С., Воинова В.В.; Шайтан К.В., Иванов С.Ю. Разработка и доклинические исследования ортотопических костных имплантатов на основе гибридной конструкции из поли-3-оксибутирата и альгината натрия. Современные технологии в медицине. 2016;8(4):42–50. DOI: 10.17691/stm2016.8.4.06.Muraev A.A., Bonartsev A.P., Gazhva Yu.V., Riabova V.M., Volkov A.V., Zharkova I.I., Stamboliev I.A., Kuznetsova E.S., Zhuikov V.A., Myshkina V.L., Mahina T.K., Bonartseva G.A., Yakovlev S.G., Kudryashova K.S., Voinova V.V., Mironov A.A., Shaitan K.V., Ivanov S.Yu. Razrabotka i doklinicheskie issledovaniya ortotopicheskih kostnyh implantatov na osnove gibridnoj konstrukcii iz poli-3-oksibutirata i al’ginata natriya [Development and preclinical studies of orthotopic bone implants based on a hybrid construction from poly(3-hydroxybutyrate) and sodium alginate]. Sovremennye tehnologii v medicine [Modern technologies in medicine]. 2016;8(4):42–50. (In Russian)]. DOI: 10.17691/stm2016.8.4.06.Ольхов А.А., Староверова О.В., Бонарцев А.П., Жаркова И.И., Склянчук Е.Д., Иорданский А.Л., РоговинаС.З., Берлин А.А., Ищенко А.А. Структура и свойства ультратонких волокон поли-(3-гидроксибутирата), модифицированных наночастицами кремния и диоксида титана. Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014;12:2–13.Olkhov A.A., Staroverova O.V., Bonartsev A.P., Zharkova I. I., Sklyanchuk E.D., Iordanskii A.L., Rogovina S.Z., Berlin A.A., Ishchenko A.A. Struktura i svojstva ul’tratonkih volokon poli-(3-gidroksibutirata), modifi cirovannyh nanochasticami kremniya i dioksida titana [Structure and properties of ultra thin poly-(3-hydroxybutirate) fi bers modifi ed by silicon and titanium dioxide particles]. Vse materialy. Enciklopedicheskij spravochnik [All materials. Encyclopedic reference]. 2014;12:2–13. (In Russian)].Параскевич В.Л. Имплантационные материалы. В кн.: Дентальная имплантология: Основы теории и практики. М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2011:91–96.Paraskevich V.L. Implantacionnye materialy [Implant materials]. V kn.: Dental’naya implantolodiya: Osnovy teorii i praktiki [In The book: Dental implantology: Mentals of theory and practice]. Moscow: Medical Information Agency Publ., 2011:91–96. (In Russian)].Петронюк Ю.С., Храмцова Е.А., Левин В.М., Бонарцев А.П., Воинова В.В., Бонарцева Г.А., Мураев А.А., Асфаров Т.Ф., Гусейнов Н.А. Развитие методов акустической микроскопии для наблюдения процессов остеогенеза в регенеративной медицине. Известия РАН. Серия физическая. 2020;84(6):799–802. DOI: 10.31857/S0367676520060204.Petronyuk Yu.S., Hramcova E.A., Levin V.M., Bonarcev A.P., Voinova V.V., Bonarceva G.A., Muraev A.A., Asfarov T.F., Gusejnov N.A. Razvitie metodov akusticheskoj mikroskopii dlya nablyudeniya processov osteogeneza v regenerativnoj medicine [The development of methods of acoustic microscopy for the observing of the processes of osteogenesis in regenerative medicine]. Izvestiya RAN. Seriya fi zicheskaya [Izvestia RAN. Physical series]. 2020;84(6):799–802. (In Russian)]. DOI: 10.31857/S0367676520060204.Тарбоков В.А., Павлов С.К., Ремнёв Г.Е., Ночовная Н.А., Ешкулов У.Э. Комплексное модифицирование титановых сплавов. Металлург. 2018;11:80– 84.Tarbokov V.A., Pavlov S.K., Remnev G.E., Nochovnaya N.A., Eshkulov U.E. Komplexnoe modifi - cirovanie titanovyh splavov [Complex modifi cation of titanium alloys surface]. Metallurg [Journal Metallurgist]. 2018;11:80–84. (In Russian)].Bonartsev A.P., Zharkova I.I., Voinova V.V., Kuznetsova E.S., Zhuikov V.A., Makhina T.K., Myshkina V.L., Potashnikova D.M., Chesnokova D.V., Khaydapova D.D., Bonartseva G.A., Shaitan K.V. Poly(3-hydroxybutyrate)/poly(ethylene glycol) scaffolds with different microstructure: the effect on growth of mesenchymal stem cells. Biotech. 2018;8;328. DOI: 10.1007/s13205-018-1350-8.Bonartsev A.P., Zharkova I.I., Voinova V.V., Kuznetsova E.S., Zhuikov V.A., Makhina T.K., Myshkina V.L., Potashnikova D.M., Chesnokova D.V., Khaydapova D.D., Bonartseva G.A., Shaitan K.V. Poly(3-hydroxybutyrate)/poly(ethylene glycol) scaffolds with different microstructure: the effect on growth of mesenchymal stem cells. Biotech. 2018;8;328. DOI: 10.1007/s13205-018-1350-8.Lütjering G. Infl uence of processing on microstructure and mechanical properties of (α+β) titanium alloys. Materials Science and Engineering: A. 1998;243(1– 2):32–45.Lütjering G. Infl uence of processing on microstructure and mechanical properties of (α+β) titanium alloys. Materials Science and Engineering: A. 1998;243(1– 2):32–45.Niinomi M., Boehlert C.J. Titanium alloys for biomedical applications. Advances in Metallic Biomaterials. Berlin, Heidelberg: Springer, 2015:179–213.Niinomi M., Boehlert C.J. Titanium alloys for biomedical applications. Advances in Metallic Biomaterials. Berlin, Heidelberg: Springer, 2015:179–213.Oryan A., Alidadi S., Moshiri A., Maffulli N. Bone regenerative medicine: classic options, novel strategies, and future directions. J. Orthop. Surg. Res. 2014;9:1– 27. DOI: 10.1186/1749-799X-9-18.Oryan A., Alidadi S., Moshiri A., Maffulli N. Bone regenerative medicine: classic options, novel strategies, and future directions. J. Orthop. Surg. Res. 2014;9:1– 27. DOI: 10.1186/1749-799X-9-18.Sefat F., Mozafari M., Atala A. Introduction to tissue engineering scaffolds. Handb. Tissue Eng. Scaffolds, One Elsevier. 2019:3–22. DOI: 10.1016/B978-0-08- 102563-5.00001-0.Sefat F., Mozafari M., Atala A. Introduction to tissue engineering scaffolds. Handb. Tissue Eng. Scaffolds, One Elsevier. 2019:3–22. DOI: 10.1016/B978-0-08- 102563-5.00001-0.Sheremetyev V.A., Bonartsev A.P., Dubinskiy S.M., Zhukova Y.S., Bonartseva G.A., Makhina T.K., Akulina E.A., Ivanova E.V., Maria S. Kotlyarova M.S., Prokoshkin S.D., Brailovski S.D., Shaitan K.V. Surface Modifi cation of Ti-Nb-Zr Foams by Poly(3- Hydroxybutyrate). Materials Research Proceedings. 2018;9:74–79. DOI: 10.21741/9781644900017-15.Sheremetyev V.A., Bonartsev A.P., Dubinskiy S.M., Zhukova Y.S., Bonartseva G.A., Makhina T.K., Akulina E.A., Ivanova E.V., Maria S. Kotlyarova M.S., Prokoshkin S.D., Brailovski S.D., Shaitan K.V. Surface Modifi cation of Ti-Nb-Zr Foams by Poly(3- Hydroxybutyrate). Materials Research Proceedings. 2018;9:74–79. DOI: 10.21741/9781644900017-15.Ur Rahman Z, Pompa L, Haider W. Electrochemical characterization and in vitro bio-assessment of AZ31B and AZ91E alloys as biodegradable implant materials. J. Sci. Mater. Med. 2015;26(8):217. DOI: 10.1007/ s10856-015-5545-9.Ur Rahman Z, Pompa L, Haider W. Electrochemical characterization and in vitro bio-assessment of AZ31B and AZ91E alloys as biodegradable implant materials. J. Sci. Mater. Med. 2015;26(8):217. DOI: 10.1007/ s10856-015-5545-9.Volkov A.V., Muraev A.A., Zharkova I.I., Voinova V.V., Akoulina E.A., Zhuikov V.A., Khaydapova D.D., Chesnokova D.V., Menshikh K.A., Dudun A.A., Makhina T.K., Bonartseva G.A., Asfarov T.F., Stamboliev I.A., Gazhva Y.V., Ryabova V.M., Zlatev L.H., Ivanov S.Y., Shaitan K.V., Bonartsev A.P. Poly(3-hydroxybutyrate)/ hydroxyapatite/alginate scaffolds seeded with mesenchymal stem cells enhance the regeneration of critical-sized bone defect. Materials Science and Engineering: C. 2020;114:110991. DOI: 10.1016/j. msec.2020.110991.Volkov A.V., Muraev A.A., Zharkova I.I., Voinova V.V., Akoulina E.A., Zhuikov V.A., Khaydapova D.D., Chesnokova D.V., Menshikh K.A., Dudun A.A., Makhina T.K., Bonartseva G.A., Asfarov T.F., Stamboliev I.A., Gazhva Y.V., Ryabova V.M., Zlatev L.H., Ivanov S.Y., Shaitan K.V., Bonartsev A.P. Poly(3-hydroxybutyrate)/ hydroxyapatite/alginate scaffolds seeded with mesenchymal stem cells enhance the regeneration of critical-sized bone defect. Materials Science and Engineering: C. 2020;114:110991. DOI: 10.1016/j. msec.2020.110991.

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