DOI:

10.37988/1811-153X_2024_3_6

Антиадгезивное и антимикробное действие покрытия из оксида титана с кристаллической структурой анатаз в экспериментах in vitro для имплантируемых медицинских изделий

Загрузки

Авторы

  • В.Н. Царев 1, д.м.н., профессор, зав. кафедрой микробиологии, вирусологии, иммунологии, директор НИМСИ
    ORCID: 0000-0002-3311-0367, AuthorID: 638394
  • М.С. Подпорин 1, к.м.н., м.н.с. лаборатории молекулярно-биологических исследований
    ORCID: 0000-0001-6785-0016, AuthorID: 819560
  • Т.В. Царева 1, к.м.н., доцент кафедры микробиологии, вирусологии, иммунологии
    ORCID: 0000-0001-9571-0520, AuthorID: 1041352
  • В.В. Царева 1, научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клинической офтальмологии
    AuthorID: 1135844
  • М.Г. Козодаев 2, к. ф.-м. н., с.н.с. Центра коллективного пользования уникальным научным оборудованием в области нанотехнологий
    ORCID: 0000-0003-2318-6832, AuthorID: 724533
  • Е.В. Ипполитов 1, д.м.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярно-биологических исследований
    ORCID: 0000-0003-1737-0887, AuthorID: 631525
  • 1 Российский университет медицины, 127006, Москва, Россия
  • 2 МФТИ, 141701, Долгопрудный, Россия

Аннотация

Совокупность прочностных характеристик титановых сплавов, в частности Ti6Al4V, и выраженные биоактивные свойства покрытия из оксида титана представляют значительный интерес для их совместного использования в медицинских конструкциях, что обусловливает необходимость изучения их антиадгезивных и антимикробных свойств. Приоритетное значение данная проблема приобретает при протезировании суставов (тазобедренного, коленного), сложном протезировании в челюстно-лицевой области (при огнестрельных и осколочных ранениях), а также при ортопедической коррекции после хирургических операций головы и шеи. Цель исследования — определение адгезии микроорганизмов к образцам титанового сплава Ti6Al4V ELI (стандарт ASTM F136) с различной обработкой поверхности, в том числе с покрытием из оксида титана с кристаллической структурой анатаз, полученного методом атомно-слоевого осаждения.
Материалы и методы. Изучены свойства образцов из титанового сплава Ti6Al4V с различными видами обработки поверхности, включающей нанесение покрытия TiO2 с кристаллической структурой анатаз (образцы подготовлены ООО «КОНМЕТ», Москва), которые рассматриваются как вероятные кандидаты для проведения сложного ортопедического лечения пациентов различного профиля (в частности с использованием дентальных имплантатов и искусственных суставов). Использованы микробиологические и молекулярно-биологические методы, которые позволяют количественно оценить показатели микробной адгезии in vitro к исследуемым образцам.
Результаты. Впервые получены результаты сравнительной оценки степени адгезии санитарно-значимых микроорганизмов (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans) и анаэробных бактерий (Actinomyces israelii, Porphyromonas gingivalis, Fusobacterium necroforum) к образцам из титанового сплава Ti6Al4V с покрытием из оксида титана с кристаллической структурой анатаз, полученного методом атомно-слоевого осаждения.
Заключение. Наиболее низкие значения адгезии для большинства тестируемых микроорганизмов, включая пародонтопатогенные виды анаэробных бактерий и дрожжевых грибов рода Candida, выявлены при использовании образцов из сплава Ti6Al4V с покрытием TiO2 c кристаллической структурой анатаз, что можно трактовать как бактерицидные и фунгицидные свойства данного покрытия.

Ключевые слова:

оксид титана, кристаллическая структура, анатаз, адгезия микробов, ESKAPE-штаммы, анаэробные виды, дрожжевые грибы

Для цитирования

[1]
Царев В.Н., Подпорин М.С., Царева Т.В., Царева В.В., Козодаев М.Г., Ипполитов Е.В. Антиадгезивное и антимикробное действие покрытия из оксида титана с кристаллической структурой анатаз в экспериментах in vitro для имплантируемых медицинских изделий. — Клиническая стоматология. — 2024; 27 (3): 6—13. DOI: 10.37988/1811-153X_2024_3_6

Список литературы

  1. Мясоедов А.А., Торопов С.С., Березин Г.В., Карелкин В.В., Тотоев З.А., Шубняков И.И., Тихилов Р.М. Факторы риска развития перипротезной инфекции после первичного эндопротезирования тазобедренного сустава. — Травматология и ортопедия России. — 2020; 1: 40—47. eLIBRARY ID: 42640040
  2. Шильников В.А., Синеокий А.Д., Кочиш А.А., Денисов А.О. Возможные пути инфицирования при эндопротезировании тазобедренного сустава. — Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. — 2023; 4: 25—32. eLIBRARY ID: 50783185
  3. Янушевич О.О., Ахмедов Г.Д., Панин А.М., Арутюнов С.Д., Царев В.Н. Микроэкология полости рта и инфекционно-воспалительные осложнения в хирургической стоматологии. — М.: Практическая медицина, 2019. — 192 с.
  4. Иванов С.Ю., Царев В.Н., Ивашкевич С.Г., Чувилкин В.И., Алешин Н.А. Оценка степени адгезии бактерий полости рта к электретной поверхности дентальных имплантатов. — Институт стоматологии. — 2006; 2 (31): 40—41. eLIBRARY ID: 14343848
  5. Li C., Renz N., Trampuz A. Management of periprosthetic joint infection. — Hip Pelvis. — 2018; 30 (3): 138—146. PMID: 30202747
  6. Grigal I.P., Markeev A.M., Gudkova S.A., Chernikova A.G., Mityaev A.S., Alekhin A.P. Correlation between bioactivity and structural properties of titanium dioxide coatings grown by atomic layer deposition. — Applied Surface Science. — 2012; 258: 3415—3419. DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.11.082
  7. Wu X., Chen S., Ji W., Shi B. The risk factors of early implant failure: A retrospective study of 6113 implants. — Clin Implant Dent Relat Res. — 2021; 23 (3): 280—288. PMID: 33724690
  8. Stewart C., Akhavan B., Wise S.G., Bilek M.M.M. A review of biomimetic surface functionalization for boneintegrating orthopedic implants: Mechanisms, current approaches, and future directions. — Progress in Materials Science. — 2019; 106: 100588. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2019.100588
  9. Арутюнян А.А., Царева Т.В., Ипполитов Е.В., Саркисян М.А., Пономарева А.Г. Распространенность устойчивости к антибиотикам среди штаммов бактерий, выделенных при хроническом пародонтите и у здоровых людей. — Российская стоматология. — 2023; 1: 19—23. eLIBRARY ID: 50417695
  10. Макеева И.М., Даурова Ф.Ю., Бякова С.Ф., Ипполитов Е.В., Гостев М.С., Поликушина А.О., Шубин Е.А. Чувствительность микробных ассоциаций экссудата пародонтального кармана и одонтогенного очага к антибактериальным препаратам. — Стоматология. — 2016; 3: 26—30. eLIBRARY ID: 26450092
  11. Чаплин А.В., Коржанова М., Коростин Д.О. Выявление генов антибиотикорезистентности бактерий в данных полногеномного секвенирования (обзор литературы). — Клиническая лабораторная диагностика. — 2021; 11: 684—688. eLIBRARY ID: 47212657
  12. Ушаков Р.В., Царев В.Н., Робустова Т.Г., Ипполитов Е.В., Лабазанов А.А. Обоснование алгоритмов антимикробной химиотерапии в комплексном лечении флегмон головы и шеи. — Клиническая стоматология. — 2021; 3: 69—76. eLIBRARY ID: 46657558
  13. Иванов С.Ю., Карасенков Я.Н., Латута Н.В., Джатдаев В.В., Егоров Е.А., Тарасова Е.К., Козлова Э.В., Козлов П.А. Применение наночастиц металлов и их оксидов в стоматологических композитных материалах и конструкциях. Обзор (часть 1). — Клиническая стоматология. — 2022; 4: 159—165. eLIBRARY ID: 49940631
  14. Удегова Е.С., Гильдеева К.А., Рукосуева Т.В., Сьед Б. Антибактериальный эффект наночастиц металлов на антибиотикорезистентные штаммы бактерий. — Инфекция и иммунитет. — 2021; 4: 771—776. eLIBRARY ID: 46566978
  15. Pavlova E.L., Toshkovska R.D., Doncheva T.E., Ivanova I.A. Prooxidant and antimicrobic effects of iron and titanium oxide nanoparticles and thalicarpine. — Arch Microbiol. — 2020; 202 (7): 1873—1880. PMID: 32448965
  16. Zafar N., et al. Pharmaceutical and biomedical applications of green synthesized metal and metal oxide nanoparticles. — Curr Pharm Des. — 2020; 26 (45): 5844—5865. PMID: 33243108
  17. Parameswaran R., Tian B. Rational design of semiconductor nanostructures for functional subcellular interfaces. — Acc Chem Res. — 2018; 51 (5): 1014—1022. PMID: 29668260
  18. Nazarov D., Kozlova L., Rudakova A., Zemtsova E., Yudintceva N., Ovcharenko E., Koroleva A., Kasatkin I., Rogacheva E., Kraeva L., Maximov M. Atomic layer deposition of chlorine containing titanium—zinc oxide nanofilms using the supercycle approach. — Coatings. — 2023; 13 (5): 960. DOI: 10.3390/coatings13050960
  19. Sterzenbach T., Helbig R., Hannig C., Hannig M. Bioadhesion in the oral cavity and approaches for biofilm management by surface modifications. — Clin Oral Investig. — 2020; 24 (12): 4237—4260. PMID: 33111157
  20. Pompilio A., et al. Gram-negative bacteria holding together in a biofilm: The Acinetobacter baumannii way. — Microorganisms. — 2021; 9 (7): 1353. PMID: 34206680
  21. Царев В.Н., Степанов А.Г., Ипполитов Е.В., Подпорин М.С., Царева Т.В. Контроль первичной адгезии микроорганизмов и формирования биопленок на стоматологических материалах, используемых для трансдентальной имплантации при зубосохраняющих операциях. — Клиническая лабораторная диагностика. — 2018; 9: 568—573. eLIBRARY ID: 36510269
  22. Рогачева Е.В. Антибактериальные свойства новых химических соединений природного и синтетического происхождения в отношении бактерий группы ESKAPE: автореф. дис. … к.м.н. — М.: РУДН, 2024. — 23 с.
  23. Ржеусский С.Э. Наночастицы серебра в медицине. — Вестник Витебского государственного медицинского университета. — 2022; 2: 15—24. eLIBRARY ID: 48468519
  24. Dizaj S.M., et al. Antimicrobial activity of the metals and metal oxide nanoparticles. — Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. — 2014; 44: 278—84. PMID: 25280707
  25. Azharuddin M., Zhu G.H., Das D., Ozgur E., Uzun L., Turner A.P.F., Patra H.K. A repertoire of biomedical applications of noble metal nanoparticles. — Chem Commun (Camb). — 2019; 55 (49): 6964—6996. PMID: 31140997
  26. Shetnev A., Tarasenko M., Kotlyarova V., Baykov S., Geyl K., Kasatkina S., Sibinčić N., Sharoyko V., Rogacheva E.V., Kraeva L.A. External oxidant-free and transition metal-free synthesis of 5-amino-1,2,4-thiadiazoles as promising antibacterials against ESKAPE pathogen strains. — Mol Divers. — 2023; 27 (2): 651—666. PMID: 35639224
  27. Arutyunov S., Kirakosyan L., Dubova L., Kharakh Y., Malginov N., Akhmedov G., Tsarev V. Microbial adhesion to dental polymers for conventional, computer-aided subtractive and additive manufacturing: A comparative in vitro study. — J Funct Biomater. — 2022; 13 (2): 42. PMID: 35466224
  28. Yin I.X., et al. The antibacterial mechanism of silver nanoparticles and its application in dentistry. — Int J Nanomedicine. — 2020; 15: 2555—2562. PMID: 32368040

Загрузки

Поступила

12.07.2024

Принята

20.08.2024

Опубликовано

02.10.2024