Содержание | Следующая статья | Предыдущая статья
Журнал 'Цитокины и воспаление', 2016, № 1
|
Оригинальные статьи
|
Номер 1'2016
|
Роль покрытий на имплантатах в индукции провоспалительных медиаторов
Т.С. Запорожец, А.В. Пузь, С.Л. Синебрюхов, С.В. Гнеденков, Л.А. Иванушко, Н.Н. Беседнова
Проведено изучение провоспалительных потенций кальций-фосфатных покрытий, формируемых на технически чистом титане ВТ1-0 с использованием технологии плазменного электролитического оксидирования (ПЭО-покрытия). Установлено влияние способа поверхностной обработки покрытий на продукцию цитокинов клетками периферической крови человека in vitro. Показано, что уровень продукции провоспалительных цитокинов, индуцируемый при контакте клеток крови с кальций-фосфатным покрытием, формируемым методом ПЭО, обеспечивает увеличение биологической активности имплантата при отсутствии нежелательных реакций. Фактором, ограничивающим возможность развития выраженных воспалительных реакций, является IL-10, продукция которого также увеличивается при контакте с ПЭО- покрытием. Запечатывание пор ПЭО-слоя ультрадисперсным политетрафторэтиленом (УПТФЭ) приводит к снижению продукции провоспалительных цитокинов клетками периферической крови человека in vitro. Лучшей биосовместимостью обладают композиционные покрытия с УПТФЭ, нанесенные электрофоретическим методом. (Цитокины и воспаление. 2016. Т. 15. № 1. С. 86–90.)
Ключевые слова: имплантаты, покрытия, гидроксиапатит, биоактивность/биоинертность, цитокины, воспаление, остеоиндукция.
Разработка и создание новых имплантационных материалов является актуальной задачей для восстановительной и заместительной хирургии. До настоящего времени одним из наиболее распространенных материалов, используемых для биомедицинских целей, является титан — биоинертный металл, отличающийся высокими механическими характеристиками, коррозионной стойкостью и низкой плотностью. Однако титан без предварительной модификации поверхности практически не включается в процессы метаболизма костной ткани и не может непосредственно обеспечить надежную химическую связь с костью [2]. Поэтому исследования последних лет в области медицинского материаловедения направлены на создание «умных» биоактивных материалов, позволяющих управлять процессами остеогенеза и обеспечивать адекватные анатомические условия для имплантации. Одним из подходов к конструированию имплантатов является иcпользование комбинированных материалов на основе металлов с нанесенными на них пористыми покрытиями, к числу которых относятся и кальций-фосфатные соединения (например, гидроксиапатит), способные включаться в метаболизм костного матрикса и ионный обмен, частично или полностью замещаться костной тканью, индуцировать биологические реакции, схожие с таковыми при ремоделировании кости, а также предупреждать выделение ионов металла с поверхности сплава в ткани организма [1, 7]. С этой целью используют разные методы нанесения покрытий: золь-гель технологии, анодирование, электроосаждение, плазменное напыление, плазменное электролитическое оксидирование (ПЭО). Однако до настоящего времени ни один из естественных и искусственных имплантационных материалов не удовлетворяет требованиям сходства со структурой костной ткани и максимальной биосовместимостью. Прогрессу в данной области существенно мешают нежелательные особенности взаимодействия между клетками и биоматериалом. Это связано с тем, что в процессе репарации проявляется единство механизмов воспаления и регенерации, являющихся неразрывными компонентами целостной тканевой реакции на повреждение. В ряде случаев остеорепаративные процессы могут приводить к хроническому воспалению, неконтролируемой клеточной пролиферации, фиброзу, остеолизису. Решение данной проблемы может заключаться не в подавлении клеточного ответа на имплантат, а в направлении воспалительной реакции в сторону регенеративного процесса. В этой связи современные стратегии в разработке биоматериалов предусматривают пассивную модуляцию остеоиндуктивных и остеокондуктивных свойств поверхности имплантатов через изменение их физико-химических параметров.
In vitro ответ клеток крови, включая цитокиновый профиль, различается в зависимости от состава искусственных материалов [13]. Соответственно, исследование продукции и секреции цитокинов в модельных системах in vitro может быть использовано как для прогнозирования развития остеоиндуктивного процесса, так и для оценки характера и степени выраженности индуцированного воспалительного/ остеолитического процесса в ответ на введение имплантата [10].
Целью настоящей работы явилось изучение влияния поверхностной модификации технически чистого титана ВТ1-0 с использованием, метода ПЭО на продукцию провоспалительных и противовоспалительных цитокинов in vitro.
Материалы и методы
В качестве материала, на который наносилось покрытие, использовался технически чистый титан марки ВТ1-0 (Fe 0,25%; Si 0,12%; С 0,07%; О 0,12%; N 0,04%; Н 0,01%, остальное Ti). Перед оксидированием образцы в виде дисков диаметром 1 см и толщиной 1 мм механически обрабатывали до определенного уровня шероховатости (Ra = 0,12 мкм), выравнивая поверхность, освобождая ее от различных дефектов, промывали в дистиллированной воде и обезжиривали спиртом (образец 1). Плазменное электролитическое оксидирование проводили в биполярном режиме в электролите, содержащем 30 г/л глицерофосфата кальция (C3H7O6P)Ca·2H2O и 40 г/л ацетата кальция Ca(CH3COOO)2·H2O (образец 2) [5]. Согласно данным рентгенофазового анализа, в состав покрытия входит гидроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2.
Для запечатывания пор ПЭО-слоя и создания композиционного полимерсодержащего покрытия использовали ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ, торговая марка Форум®), полученный методом термоградиентного синтеза (метод разработан в лаборатории фторидных материалов Института химии Дальневосточного отделения РАН). Нанесение полимера на ПЭО-покрытие осуществляли двумя способами. При использовании первого образцы на 10–15 секунд погружали в суспензию на основе изопропилового спирта, содержавшую частицы УПТФЭ размером 0,2–0,6 мкм (100–150 г/л) и смачиватель ОП-10 (6,0–8,0 г/л). После полного испарения изопропилового спирта с поверхности образец подвергали термической обработке при 200–250 °С в течение 3 минут (образец 3). Во втором случае нанесение полимера осуществляли электрофоретическим методом с последующей термообработкой композиционного покрытия в муфельной печи при 315°С в течение 15 минут (образец 4). Концентрация частиц в используемой суспензии составляла 20 г/л. Напряжение электрофоретического осаждения частиц полимера на ПЭО-слой поддерживалось потенциостатически при значении 200 В.
Все образцы перед проведением биологических исследований стерилизовали в 70% этаноле в течение 30 минут, затем в ламинарном боксе под лампой УФО (время экспозиции — 20 мин с каждой стороны образца).
Свежую гепаринизированную кровь (20 МЕ/мл) доноров разводили полной питательной средой (ППС) (RPMI-1640 («Serva») с добавлением 2 мМ глутамина (ООО «НПП «ПанЭко») и 80 мкг/мл гентамицина) в соотношении 1:3, вносили по 1000 мкл в лунки 24-луночных планшетов Costar и инкубировали в СО2 инкубаторе (5% СО2 и 95% атмосферного воздуха) в присутствии исследуемых образцов покрытий при 37°С в течение 20 часов, после чего отбирали супернатанты и определяли концентрацию цитокинов методом твердофазного иммуноферментного анализа с использованием коммерческих тест-систем «Протеиновый контур» (IL-8, IFNγ, IL-4) и «Цитокин» (TNFα, IL-10) в соответствии с прилагаемой к наборам инструкцией. Контролем служили интактные клетки периферической крови доноров.
Результаты и обсуждение
Читайте статью целиком
в печатной версии журнала!
Содержание | Следующая статья | Предыдущая статья
|
Начата подписка на 2016 год!
Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2008 год.
|
![[О компании] Издательство 'Цитокины и воспаление' - Журнал 'Цитокины и Воспаление'](/images/Logo.gif){kind=logo}
