DOI:

10.37988/1811-153X_2025_1_186

Сравнительная характеристика антимикробных свойств покрытия диоксида титана в форме анатаз на поверхности титана и его сплавов

Загрузки

Авторы

  • Т.В. Царева 1, к.м.н., доцент кафедры микробиологии, вирусологии, иммунологии
    ORCID: 0000-0001-9571-0520, AuthorID: 1041352
  • Е.В. Ипполитов 1, д.м.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярно-биологических исследований
    ORCID: 0000-0003-1737-0887, AuthorID: 631525
  • 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
  • В.В. Царева 1, научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клинической офтальмологии
    ORCID: 0000-0002-1287-7251, AuthorID: 1135844
  • М.С. Подпорин 1, к.м.н., м.н.с. лаборатории молекулярно-биологических исследований
    ORCID: 0000-0001-6785-0016, AuthorID: 819560
  • В.Н. Царев 1, д.м.н., профессор, зав. кафедрой микробиологии, вирусологии, иммунологии, директор НИМСИ
    ORCID: 0000-0002-3311-0367, AuthorID: 638394
  • 1 Российский университет медицины, 127006, Москва, Россия
  • 2 МФТИ, 141701, Долгопрудный, Россия

Аннотация

Изделия из титана и его сплавов активно используются для реконструкции опорно-двигательной и челюстно-лицевой систем организма. Однако в отдельных случаях наблюдается отторжение имплантированных изделий, что связано с присоединением бактериальных инфекций. Для ускорения процесса остеоинтеграции изделий используются различные способы обработки их поверхности, включая пескоструйную обработку, создающую определенный микрорельеф, а также нанесение биоактивного покрытия из диоксида титана (TiO2) в кристаллической форме анатаз. Поскольку метод формирования TiO2, а именно атомно-слоевое осаждение (АСО), обладает определенной чувствительностью к структуре и химии исходной поверхности, что проявляется в области малых толщин, характеристики покрытия могут зависеть от материала имплантата. Цель исследования — оценка антиадгезивных и антимикробных свойств поверхности образцов из титана и его сплавов с учетом различий в их структуре и типе обработки поверхности, включающих формирование покрытия TiO2 с кристаллической структурой анатаз.
Материалы и методы. Использованы микробиологические и молекулярно-биологические методы, а также методы статистического анализа для количественной оценки микробной адгезии in vitro к образцам материалов. Исследованы образцы титана Grade 4 (ASTM F67) и сплавов различного состава Ti6Al4V (ASTM F136)/Ti6Al7Nb (ASTM F1295) с различной обработкой поверхности, которые могут быть использованы для ортопедического лечения.
Результаты. Впервые проведена сравнительная оценка адгезии санитарно-значимых микроорганизмов (например, S. aureus, E. coli) и анаэробных бактерий к исследуемым образцам. Наиболее низкий уровень адгезии наблюдался на образцах Ti6Al4V с покрытием TiO2, что указывает на их бактерицидные и фунгицидные свойства. Образцы, содержащие ниобий (Ti6Al7Nb), показали избирательные антиадгезивные свойства, что подтверждает их активность в отношении жизнеспособных клеток микробов.
Заключение. Результаты подчеркивают потенциальную эффективность покрытия TiO2 с кристаллической структурой анатаз для применения в медицинских имплантатах и конструкциях.

Ключевые слова:

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

Для цитирования

[1]
Царева Т.В., Ипполитов Е.В., Козодаев М.Г., Царева В.В., Подпорин М.С., Царев В.Н. Сравнительная характеристика антимикробных свойств покрытия диоксида титана в форме анатаз на поверхности титана и его сплавов. — Клиническая стоматология. — 2025; 28 (1): 186—195. DOI: 10.37988/1811-153X_2025_1_186

Список литературы

  1. Походенько-Чудакова И.О., Савич А.О. Новые направления исследований по использованию имплантационных материалов в хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. — Вятский медицинский вестник. — 2021; 1 (69): 91—95. eLIBRARY ID: 44882346
  2. Haleem A., Javaid M., Singh R.P., Rab S., Suman R. Applications of nanotechnology in medical field: a brief review. — Global Health Journal. — 2023; 2: 70—77. DOI: 10.1016/j.glohj.2023.02.008
  3. Шулятникова О.А., Рогожников Г.И., Порозова С.Е., Рогожников А.Г., Леушина Е.А. Функциональные наноструктурированные материалы на основе диоксида титана для использования в ортопедической стоматологии. — Проблемы стоматологии. — 2020; 1: 171—177. eLIBRARY ID: 42817268
  4. Куликова А.А., Николаева А.Д., Заблоцкая Н.В., Блинова А.В., Румянцев В.А., Битюкова Е.В. Современные наноматериалы и нанопрепараты в стоматологии: обзор литературы. — Верхневолжский медицинский журнал. — 2020; 2: 16—20. eLIBRARY ID: 43791532
  5. 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. — С. 125—165.
  6. Zhou N., et al. Microbiota analysis of peri-implant mucositis in patients with periodontitis history. — Clin Oral Investig. — 2022; 26 (10): 6223—6233. PMID: 35672515
  7. Даудова А.Д., Демина Ю.З., Генатуллина Г.Н., Абдрахманова Р.О., Баева Г.Р., Ясенявская А.Л., Рубальский О.В. Антибиотикорезистентность. Вызов современности. — Антибиотики и химиотерапия. — 2023; 3—4: 66—75. eLIBRARY ID: 54127185
  8. Смирнов Г.Б. Лекарственная устойчивость бактерий. — Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. — 2024; 3: 43—48. eLIBRARY ID: 72893441
  9. Rather M.A., Gupta K., Mandal M. Microbial biofilm: formation, architecture, antibiotic resistance, and control strategies. — Braz J Microbiol. — 2021; 52 (4): 1701—1718. PMID: 34558029
  10. Страумал Б.Б., Горнакова А.С., Кильмаметов А.Р., Рабкин Е., Анисимова Н.Ю., Киселевский М.В. Сплавы для медицинских применений на основе β-титана. — Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. — 2020; 6: 52—64. eLIBRARY ID: 44388934
  11. Jafari S., et al. Biomedical applications of TiO2 nanostructures: Recent advances. — Int J Nanomedicine. — 2020; 15: 3447—3470. PMID: 32523343
  12. Светлакова А.В., Sanchez Mendez M., Тучина Е.С., Ходан А.Н., Traore М., Azouani R., Kanaev А., Тучин В.В. Исследование фотокаталитической антимикробной активности нанокомпозитов на основе TiO2—Al2O3 при воздействии светодиодного излучения (405 nm) на стафилококки. — Оптика и спектроскопия. — 2021; 6: 736—740. eLIBRARY ID: 46489749
  13. Ikram M., Hassan J., Raza A., Haider A., Naz S., Ul-Hamid A., Haider J., Shahzadi I., Qamar U., Ali S. Photocatalytic and bactericidal properties and molecular docking analysis of TiO2 nanoparticles conjugated with Zr for environmental remediation. — RSC Adv. — 2020; 10 (50): 30007—30024. PMID: 35518250
  14. Gartner M., Szekeres A., Stroescu H., Mitrea D., Covei M. Advanced nanostructured coatings based on doped TiO2 for various applications. — Molecules. — 2023; 28 (23): 7828. PMID: 38067557
  15. Wu S., Xu J., Zou L., Luo S., Yao R., Zheng B., Liang G., Wu D., Li Y.Long-lasting renewable antibacterial porous polymeric coatings enable titanium biomaterials to prevent and treat peri-implant infection. — Nat Commun. — 2021; 12 (1): 3303. PMID: 34083518
  16. Ильина Т.С., Романова Ю.М.Бактериальные биопленки: роль в хронических инфекционных процессах и поиск средств борьбы с ними. — Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. — 2021; 2: 14—24. eLIBRARY ID: 46239874
  17. 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.
  18. 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; 3: 6—13. eLIBRARY ID: 71035211
  19. 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
  20. Царев В.Н., Ипполитов Е.В., Трефилов А.Г., Арутюнов С.Д., Пивоваров А.А. Особенности адгезии анаэробных пародонтопатогенных бактерий и грибов Candida albicans к экспериментальным образцам базисной стоматологической пластмассы в зависимости от шероховатости поверхности и способа полировки. — Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. — 2014; 6: 21—27. eLIBRARY ID: 23492909
  21. Nazarov D., Kozlova L., Rudakova A., Zemtsova E., Yudintceva N., Ovcharenko E., Koroleva A., Kasatkin I., Kraeva L., Rogacheva E., Maximov M. Atomic layer deposition of chlorine containing titanium—zinc oxide nanofilms using the supercycle approach. — Coatings. — 2023; 5: 960. DOI: 10.3390/coatings13050960
  22. 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
  23. 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
  24. Naikoo G., Al-Mashali F., Arshad F., Al-Maashani N., Hassan I.U., Al-Baraami Z., Faruck L.H., Qurashi A., Ahmed W., Asiri A.M., Aljabali A.A., Bakshi H.A., Tambuwala M.M. An overview of copper nanoparticles: Synthesis, characterisation and anticancer activity. — Curr Pharm Des. — 2021; 27 (43): 4416—4432. PMID: 34348615
  25. Yin I.X., Zhang J., Zhao I.S., Mei M.L., Li Q., Chu C.H. The antibacterial mechanism of silver nanoparticles and its application in dentistry. — Int J Nanomedicine. — 2020; 15: 2555—2562. PMID: 32368040
  26. Горбачев С.А., Осовская И.И. Диоксид титана. Повышение его фотокаталитической активности: учебное пособие. — СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, 2019. — 24 с. DOI: 10.23682/102511
  27. Sadoon A.A., Khadka P., Freeland J., Gundampati R.K., Manso R.H., Ruiz M., Krishnamurthi V.R., Thallapuranam S.K., Chen J., Wang Y. Silver ions caused faster diffusive dynamics of histone-like nucleoid-structuring proteins in live bacteria. — Appl Environ Microbiol. — 2020; 86 (6): e02479—19. PMID: 31953329
  28. 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

Загрузки

Поступила

19.10.2024

Принята

05.03.2025

Опубликовано

07.04.2025