Хімія, фізика та технологія поверхні, 2020, 11 (2), 250-260.

Вплив вилуговування кальційфосфатосилікатних склокристалічних матеріалів на здатність до зв’язування з альбуміном in vitro та біосумісність in vivo



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.02.250

O. V. Savvova, V. M. Shimon, O. V. Babich, O. I. Fesenko, A. A. Sheregiy

Анотація


Метою даної роботи є визначення впливу вилуговування композиційних біоактивних матеріалів та вільної енергії поверхні на характер зв’язування поверхні з альбуміном in vitro.

Вихід іонів кальцію з матеріалу після витримки в дистильованій воді та 10-му % розчині альбуміну визначали методом полум’яної атомно-абсорбційної спектрометрії за допомогою приладу Agilent AA 240FS. Мікрорельєф поверхні оцінювали за показником середнього арифметичного відхилення профілю (Ra) і визначали за допомогою профілометра Surtronic 3+. Значення вільної енергії поверхні композиційних матеріалів визначали методом Оуенса–Вендета–Рабеля–Каебле після витримки в альбуміні. Гістологічні дослідження зразків стегнової кістки щурів, через 30 діб після впровадження імплантату з розробленого матеріалу проводили за допомогою світлового мікроскопа Olympus BX63 та фіксували за допомогою цифрової камери DP73 (Olympus).

У роботі були використані розроблені нами раніше композиційні біоактивні матеріали, на основі порошків кальційфосфатосилікатних стекол, легованих мікродобавками оксидів молібдену, ванадію, лантану, кобальту, стронцію та купруму з додаванням 5 мас. ч. діоксиду цирконію (марка ДЦІ 1). Матеріали пресували з використанням як зв’язуючого розчину карбоксиметилцелюлози та випалювали при 750÷800 °С протягом 15 хв. Отримані зразки характеризувалися наявністю тонкодисперсних кристалів гідроксиапатиту в кількості 50÷60 об. %.

Встановлено, що розчинність розроблених матеріалів у воді визначається властивостями склофази (ступенем зв’язаності кремнійкисневого каркаса fSi) та вмістом гідроксиапатиту. Процес зв’язування кальцію з альбуміном (масова частка зв’язаного кальцію в розчині 15.67 мг/дм3) для розроблених матеріалів визначається характеристиками поверхні матеріалів (ВЕП = 74.6 мДж/м2, Ra = 3.4 мкм), особливостями їхньої структури (fSi = 0.28, кількість кристалів ГАП = 60 об. % з розміром кристалів 1.0 мкм) і характером розчинення.

В результаті експериментального дослідження з використанням методів гістології встановлено, що матеріал АСЗ-5 є біосумісним, характеризується остеоіндуктивними і остеокондуктивними властивостями. Розроблений матеріал є перспективним при отриманні біосумісних імплантатів для заміщення дефектів кісткової тканини.


Ключові слова


склокристалічні матеріали; альбумін; вилуговування; біорезорбція; структура; поверхня

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Savvova O., Babitch O., Fesenko O., Bragina L., Voronov H. Biocompatible glass-ceramic coatings. Calcium-phosphate-silicate coatings on titanium for dental implants. (Riga: SIA Omni Scriptum Publishing, 2018).

2. Rey C., Combes C., Drouet C., Glimcher M.J. Bone mineral: update on chemical composition and structure. Osteoporos. Int. 2009. 20(6): 1013. https://doi.org/10.1007/s00198-009-0860-y

3. Martínez-Vázquez F.J., Cabañas M.V., Paris J.L., Lozano D., Vallet-Regí M. Fabrication of novel Si-doped hydroxyapatite / gelatine scaffolds by rapid prototyping for drug delivery and bone regeneration. Acta Biomater. 2015. 15: 200. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2014.12.021

4. Savvova O.V., Bragina L.L., Shadrina G.N., Babich E.V., Fesenko A.I. Surface properties of biocompatible calcium-silicon-phosphate glass ceramic materials and coatings. Glass Ceram. 2017. 74(1): 29. https://doi.org/10.1007/s10717-017-9922-3

5. Sanjaya K.S., Debasish S. Study of BSA protein adsorption/release on hydroxyapatite nanoparticles. Appl. Surf. Sci. 2013. 286: 99. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.027

6. Le Van Thuan, Trubitsyin M.A., Gabruk N.G., Doan Van Dat, Oleynikova I.I., Gudkova E.A., NguenFuk Kao, Fam ThiThuan. Investigation of the features of sorption of albumin on synthetic nanosized silicon-substituted hydroxyapatites. Sorption and chromatographic processes. 2015. 15(1): 100.

7. Gonyar L.A., Gray M.C., Christianson G.J., MehradB., HewlettL.E. Albumin, in the presence of calcium, elicits a massive increase in extracellular bordetella adenylate cyclase toxin. Infect Immun. 2017. 85(6): 1. https://doi.org/10.1128/IAI.00198-17

8. Allison S.P., Lobo D.N. Albumin administration should not be avoided. Crit. Care. 2000. 4(3): 147. https://doi.org/10.1186/cc687

9. Wang K., Zhou Ch. A review of protein adsorption on bioceramics. Interface Focus. 2012. 2(3): 259. https://doi.org/10.1098/rsfs.2012.0012

10. Clase C.M., Norman G.L., Beecroft M.L., Churchill D.N. Albumin‐corrected calcium and ionized calcium in stable haemodialysis patients. Nephrology Dialysis Transplantation. 2000. 15(11): 1841. https://doi.org/10.1093/ndt/15.11.1841

11. Savvova O., Shadrina G., Babich O., Fesenko O. Investigation of surface free energy of the glass - ceramic coatings for medical purposes on titanium. Chem. Chem. Technol. 2015. 9(3): 349. https://doi.org/10.23939/chcht09.03.349

12. Anil S., Anand P.S., Alghamdi H., Jansen, J.A. Implant dentistry - a rapidly evolving practice. Ch. 3. In: Dental Implant Surface Enhancement and Osseointegration. (Rijeka: InTech, 2011). https://doi.org/10.5772/16475

13. Yakovets N.V., Krutko N.P., Opanasenko O.N. Determination of the free surface energy of powdered resinous asphaltene substances by the Owens - Wendt - Rabel - Kaelble method. Sviridov readings. 2012. 8: 253. [in Russian].

14. Savvova O.V., Babich O.V., Shadrina G.N. Effect of nucleation mechanism on the structure of polyfunctional calcium phosphate glass materials. Funct. Mater. 2014. 21(4): 421. https://doi.org/10.15407/fm21.04.421

15. Gerhardt Lutz-Christian, R. Boccaccini Aldo. Bioactive glass and glass-ceramic scaffolds for bone tissue engineering. Materials. 2010. 3(7): 3867. https://doi.org/10.3390/ma3073867

16. Drushlyak I.V. Ph.D. (Phys.-Math.) Thesis. (Moscow, 1997). [in Russian].

17. Sarkisov P.D. Biocompatibility. (Moscow: Dmitry Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, 1999).




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.02.250

Copyright (©) 2020 O. V. Savvova, V. M. Shimon, O. V. Babich, O. I. Fesenko, A. A. Sheregiy