Как показывает анализ литературы, широко применяемые сплавы на основе титана, обладающие памятью формы, теперь рассматриваются с позиций признания за ними еще одной немаловажной характеристики, а именно «памяти упругости».

Сплавы на основе титана нашли широкое применение в качестве материалов для медицины благодаря уникальному сочетанию свойств: высокой прочности, малой плотности, высокой коррозионной стойкости, хорошей биосовместимости [1, 2].

Известно, что материал для изготовления имплантатов, во-первых, должен обладать биохимической и биомеханической совместимостью с костной тканью. Биомеханическая совместимость подразумевает в первую очередь низкий модуль Юнга (для кости он равен 10—30 ГПа) во избежание повреждения окружающей кости [1]. Во-вторых, имплантаты должны обладать хорошими конструкционными свойствами (для работы под нагрузкой) и, в-третьих, хорошей технологичностью.

Из всех металлических материалов наиболее перспективным можно признать класс псевдоупругих сплавов, так как они характеризуются схожим с живой костью гистерезисным деформационным поведением, что существенно улучшает их биомеханическую совместимость.

Одними из самых распространенных материалов для имплантов являются чистый титан и сплав Ti-6Al-4V. Это сравнительно легкие, прочные материалы, обладающие хорошей биологической совместимостью. Однако по своим механическим свойствам титан несовершенен в плане совместимости с костью (модуль Юнга 105 ГПа) [1], что заставляет искать ему замену.

Из всех металлических материалов наиболее перспективным представляется класс псевдоупругих сплавов, так как они характеризуются схожим с живой костью гистерезисным деформационным поведением, что существенно улучшает их биомеханическую совместимость.

В настоящее время активно ведутся работы, направленные на создание «безникелевых» титановых сплавов [3—6], включающих биологически безопасные элементы, такие как титан, ниобий, тантал, цирконий [7].

Наиболее перспективной можно признать идею создания материала на основе твердых растворов систем Ti-Nb-Ta(-Zr).

Очень важно, что они состоят только из биосовместимых, разрешенных к медицинскому применению компонентов и в то же время могут проявлять эффект псевдоупругости [8] за счет реализации обратимого мартенситного превращения с ресурсом полностью обратимой деформации около 3% [9].

Следует указать, что в последнее время особое внимание исследователей привлекают сплавы Ta и Nb. Они в высшей степени интересны тем, что обладают чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью и, что важно, суперупругостью, с чем связано повышение их износоустойчивости. Механизмы реализации указанных свойств являются до сих пор предметом дискуссий. Тем не менее развитие исследований по проблеме поиска путей использования указанного класса металлических изделий в целях создания дентальных имплантатов не вызывает сомнений.

В задачи настоящего исследования входило изучение характера реакций клеточных элементов и тканей на контакт со сплавами на основе Ta и Nb.

Материал и методы исследования in vitro . Для исследования были использованы 5 образцов материалов и покровное стекло, взятое в качестве контроля:

1) Основная группа: Ti-Nb-Ta, металлические пластины с напылением Ti-Nb-Ta, 8 образцов.

2) Группа сравнения 1: Та-пластиковый диск 18 мм с напылением Та, 8 образцов.

3) Группа сравнения 2: покровное стекло.

Все образцы материалов были стерильно упакованы, перед проведением тестов из них были нарезаны фрагменты размером 10×10 мм и помещены в лунки 4-луночного планшета для культивирования клеток.

Исследования проводили с использованием первичной культуры фибробластов человека, которые были выделены из кожно-мышечной ткани эмбриона на сроке 6 нед (CD133–, Cd117–, CD45–, CD90+, CD54–, CD62L–, CD62P–, CD9+, CD34–, CD31–, CD71–, CD20–, CD157–, CD106+, CD62E+). Клетки культивировали при температуре 37 °С в атмосфере 5% СO2 в среде ДМЕМ/F12 (1:1) с добавлением 5% эмбриональной телячьей сыворотки (ЭТС) и 100 Ед/мл пенициллин/стрептомицина.

Клетки высевали на поверхности образцов с плотностью 34,2 тыс./см² и культивировали в течение 72 ч, при этом объем среды ДМЕМ/F12 (1:1) составил 1 мл/лунку. После окончания культивирования проводили флюоресцентное окрашивание клеток. SYTO 9 окрашивает все клетки в зеленый цвет, иодид пропидия окрашивает в красный цвет ядра погибших клеток. Оценку морфологии и жизнеспособности клеток проводили на микроскопе Axiovert 200.

Опыты in vivo. Эксперименты были проведены на 8 кроликах породы шиншилла с массой тела приблизительно 2000 г. Животным под инъекционным наркозом (внутримышечно реланиум 0,4 мл/кг), после депиляции через разрез в области спины помещали под кожу фрагменты проволоки диаметром 2 мм, длиной 3 мм из сплава ниобия (основная группа наблюдений) и, несколько отступя, через разрез кожи помещали контрольный образец из Та тех же размеров. Сроки опытов 7 и 12 сут, по 4 животных на точку наблюдений.

Каждому животному на левой стороне спины под кожу имплантировали образцы основной группы, 4 образца, на левой стороне симметрично такое же число образцов группы сравнения. Таким образом, на исследование брали по 16 образцов каждой группы.

По окончании эксперимента животных выводили из опыта посредством передозировки реланиума.

Участки кожи и подкожной клетчатки, содержащие исследуемые образцы, вырезали и помещали в 10% формалин. Через 24 ч тканевые фрагменты аккуратно отделяли от имплантатов и подвергали гистологической обработке: проводка через спирты восходящей концентрации, заливка в парафин. Готовили срезы, которые окрашивали гематоксилиом и эозином. Гистопрепараты изучали в системе визуализации Axioplan 2 (ZEISS).

Критерием для оценки медико-биологической толерантности к испытуемым образцам служили выраженность и характер процесса капсулообразования вокруг имплантатов. При этом учитывалась зрелость капсулы и возможные признаки клеточных девиаций.

Результаты исследования in vitro. Характерный вид клеток, культивируемых на поверхности материалов, представлен на микрофотографиях.

Как показало проведенное исследование in vitro, фибробласты, культивируемые на поверхности пластины с напылением Ti-Nb-Ta, обладают характерной распластанностью и высокой жизнеспособностью. Внешний вид клеток свидетельствовал об их высокой адгезивности и отсутствии токсического воздействия Ti-Nb-Ta (рис. 1).

Отсутствие изменений морфологии клеток, сокультивируемых с диском с напылением Та, также свидетельствовал об отсутствии токсичности данного материала (рис. 2).

Результаты, полученные в экспериментах на кроликах. Как показало гистоморфологическое исследование тканевого материала из области имплантации образцов сплава, содержащего Ta и Nb, а также в группе сравнения с Ta, на 7-е сутки вокруг имплантатов начинала формироваться преимущественно рыхлая соединительнотканная капсула, богатая клеточными элементами, представленными главным образом фибробластами с некоторыми незначительными примесями макрофагов. Местами отмечалось незначительное уплотнение соединительнотканной капсулы (рис. 4, 5).

Следует заметить, что в группе сравнения (образцы с Ta) клеточность формирующейся капсулы была несколько ниже, чем в основной группе. Однако сделать вывод о достоверности этого различия не представлялось возможным из-за недостаточной репрезентативности материала наблюдений.

К 12-м суткам капсула вокруг имплантатов в обеих группах экспериментов была представлена плотной фиброзной пластинкой (рис. 6).

Таким образом, проведенные in vitro и in vivo исследования показали, что сплав на основе Ta и Ti-Nb-Ta обладают характеристиками, отвечающими требованиям медико-биологической безопасности.

Судя по данным, полученным in vitro, сплав Ti-Nb-Ta обладает определенными преимуществами перед Ta. Как показали наши наблюдения, он, в частности, повышает жизнеспособность клеточных элементов и определенно увеличивает их адгезионный потенциал.