[go: up one dir, main page]

RU2779364C1 - Titanium implant with a surface modified to enhance cell adhesion and the method for its manufacture - Google Patents

Titanium implant with a surface modified to enhance cell adhesion and the method for its manufacture Download PDF

Info

Publication number
RU2779364C1
RU2779364C1 RU2021134524A RU2021134524A RU2779364C1 RU 2779364 C1 RU2779364 C1 RU 2779364C1 RU 2021134524 A RU2021134524 A RU 2021134524A RU 2021134524 A RU2021134524 A RU 2021134524A RU 2779364 C1 RU2779364 C1 RU 2779364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
implant
microns
microrelief
adhesion
bone
Prior art date
Application number
RU2021134524A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Борисович Страумал
Наталья Юрьевна Анисимова
Ольга Александровна Когтенкова
Михаил Валентинович Киселевский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина" Минздрава России)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр Российской академии наук в Черноголовке (НЦЧ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина" Минздрава России), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр Российской академии наук в Черноголовке (НЦЧ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина" Минздрава России)
Application granted granted Critical
Publication of RU2779364C1 publication Critical patent/RU2779364C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medicine and veterinary medicine and can be used in osteo-reconstruction to replace defects in bone tissue destroyed due to the development of a tumor. As the basis of the implant, a billet made of Ti-4%Fe alloy is used by a method characterized by the presence of an ω-phase, melted in a vacuum levitation unit and sawn using electro-erosion cutting. Then the surface of the workpiece is sanded using a series of sanding papers with a consistently decreasing grain size on a rotating disk. Then the microrelief is applied by unidirectional grinding without rotation using abrasive paper No. 2000 with an abrasive grain size of 10 microns. The resulting implant is characterized by microhardness, density and Young’s modulus, effective for replacing bone defects due to the manufacture of Ti-4%Fe alloy.
EFFECT: due to the modification of the surface in the form of a microrelief, represented by parallel furrows with a depth of 10±2 microns, the implant is able to selectively stimulate the adhesion of cells with osteogenic potential of 13±3 microns in suspension and colonization of the implant surface by them, inhibiting the adhesion of microorganisms with a size of 2±1 microns, which in the future mediates neo-osteogenesis and accelerated osseointegration after implantation.
2 cl, 3 ex, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицине и ветеринарии, а именно, к ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, ортодонтии и травматологии. Также может быть использовано при остеореконструкции для замещения дефектов костной ткани, разрушенной вследствие развития опухоли.The invention relates to medicine and veterinary medicine, namely, to orthopedics, maxillofacial surgery, orthodontics and traumatology. It can also be used in osteoreconstruction to replace defects in bone tissue destroyed due to tumor development.

Титан и его сплавы широко используются в медицинских имплантатах, таких как эндопротезы для искусственных суставов, устройства для фиксации переломов и зубные имплантаты из-за их высокой твердости и превосходной биосовместимости. Однако известно, что титан слабо стимулирует адгезию и пролиферацию стромальных остеогенных клеток, что ингибирует его остеоинтеграцию и может привести к остеолизу с последующим повторным переломом. Известны различные методы изменения топографии границы раздела имплантат/кость для улучшения внутрикостной интеграции имплантата. Эти методы включают плазменное напыление и электрохимическое анодирование поверхности сопряжения имплантат/кость.Titanium and its alloys are widely used in medical implants such as artificial joint replacements, fracture fixation devices, and dental implants due to their high hardness and excellent biocompatibility. However, it is known that titanium weakly stimulates the adhesion and proliferation of osteogenic stromal cells, which inhibits its osseointegration and can lead to osteolysis followed by re-fracture. Various methods are known for changing the topography of the implant/bone interface to improve intraosseous integration of the implant. These methods include plasma spraying and electrochemical anodizing of the implant/bone interface.

Известно изобретение, описывающее биоимплант на основе металла, керамики или пластика с термически нанесенной пленкой из фосфата кальция с серебром (0,02 до 3,00 мас.%.) [US 20130138223 A1]. Известно изобретение, описывающее остеоиндуктивный металлический имплантат, имеющее слой из оксида металла и слой из биоактивного материала на поверхности [US 20150209480 A1]. Известно предложение удалять слой естественного оксида с поверхности устройств из титана и выполнять дальнейшую обработку поверхности в отсутствие непрореагировавшего кислорода [US 7857987 B2].An invention is known describing a bioimplant based on metal, ceramic or plastic with a thermally applied film of calcium phosphate with silver (0.02 to 3.00 wt.%). [US 20130138223 A1]. An invention is known that describes an osteoinductive metal implant having a layer of metal oxide and a layer of bioactive material on the surface [US 20150209480 A1]. A proposal is known to remove the natural oxide layer from the surface of titanium devices and perform further surface treatment in the absence of unreacted oxygen [US 7857987 B2].

Проблемы, связанные с плазменным напылением и электрохимическим анодированием, включают образование границы раздела имплантат/кость с низкой усталостной прочностью, которая демонстрирует плохую адгезию к имплантату и разлагается, расслаивается или трескается во время длительной имплантации.Problems associated with plasma spraying and electrochemical anodizing include the formation of an implant/bone interface with low fatigue strength, which exhibits poor adhesion to the implant and decomposes, delaminates, or cracks during prolonged implantation.

Известно изобретение, которые относится к биоактивным поверхностным покрытиям, нанесенным на выбранные подложки, и предполагает модификацию поверхности для усиления ее адгезионных свойств. Для улучшения адгезии тканей и клеток предлагается использовать поверхностные наноструктурированные пленочные покрытия, нанесенные на металлические или неметаллические подложки [US 20170112962 A1].Known invention, which relates to bioactive surface coatings deposited on selected substrates, and involves the modification of the surface to enhance its adhesive properties. To improve the adhesion of tissues and cells, it is proposed to use surface nanostructured film coatings deposited on metal or non-metal substrates [US 20170112962 A1].

Кроме того, было предложено дополнять наносимые покрытия биоактивными соединениями для усиления адгезионных и цитоиндуктивных свойств. Например, предложено использовать имплантат, который включает титан и имеет одну или несколько поверхностей, которые стимулируют рост кости за счет образования в оксидном слое депо для веществ, инициирующих рост костей, типа рекомбинантных белков семейства BMP [US 8349009 B2]. Известен имплантат из костной ткани, поверхность которого покрыта оксидным слоем, содержащим ионы стронция для локальной стимуляции остеогенеза [US 9744263 B2]. Однако такой подход чреват развитием негативных побочных эффектов со стороны иммунной системы, ведущих к активации аллергических реакций, а также реакций отторжения чужеродных белков.In addition, it was proposed to supplement applied coatings with bioactive compounds to enhance adhesive and cytoinductive properties. For example, it has been proposed to use an implant that includes titanium and has one or more surfaces that stimulate bone growth due to the formation in the oxide layer of a depot for substances that initiate bone growth, such as recombinant proteins of the BMP family [US 8349009 B2]. Known implant of bone tissue, the surface of which is covered with an oxide layer containing strontium ions for local stimulation of osteogenesis [US 9744263 B2]. However, this approach is fraught with the development of negative side effects on the part of the immune system, leading to the activation of allergic reactions, as well as reactions of rejection of foreign proteins.

Обычно используемый метод улучшения прорастания тканей в ортопедические имплантаты это модификация поверхности имплантата абразивными частицами. Этот метод обеспечивает рельеф поверхности микронного размера за счет нанесения абразивных частиц на поверхность имплантата. Известен способ изготовления титанового имплантата, когда на металлическую титановую основу имплантата наносят биологически инертное покрытие, имеющее сложный рельеф. Например, было предложено наносить поверхностный слой методом распыления наноструктурированного чистого титана, что обеспечивает получение на имплантатах биосовместимого покрытия из чистого титана, имеющего микро- и нанорельефную поверхность, а также способствует более эффективному взаимодействию поверхности имплантата с биологическими жидкостями, клеточными элементами, что имеет особенно важное значение на ранних стадиях остеоинтеграции [RU 2679604 C1]. Было показано, что такие шероховатые поверхности способствуют адгезии клеток и, следовательно, улучшают физическое соединение между имплантатом и костью. Кроме того, увеличение площади шероховатой поверхности означает, что большее количество клеток может прилипнуть к границе раздела имплантат/кость, что улучшает физическую связь между имплантатом и костью.A commonly used method for improving tissue ingrowth in orthopedic implants is the modification of the implant surface with abrasive particles. This method provides micron-sized surface relief by applying abrasive particles to the implant surface. A method of manufacturing a titanium implant is known, when a biologically inert coating with a complex relief is applied to the metal titanium base of the implant. For example, it was proposed to apply a surface layer by spraying nanostructured pure titanium, which ensures the production of a biocompatible coating of pure titanium on implants, which has a micro- and nano-relief surface, and also contributes to a more efficient interaction of the implant surface with biological fluids, cellular elements, which is especially important. value in the early stages of osseointegration [RU 2679604 C1]. Such rough surfaces have been shown to promote cell adhesion and therefore improve the physical connection between implant and bone. In addition, an increase in the rough surface area means that more cells can adhere to the implant/bone interface, which improves the physical bond between the implant and the bone.

Прототипом заявляемого изобретения является применение модифицированных металлических материалов для имплантации и/или замены кости, а также способ модификации поверхностных свойств металлических субстратов для усиления клеточной адгезии (интеграции ткани) и обеспечения антимикробных свойств [US 9777381 B2]. Некоторые варианты реализации этого изобретения включают поверхностные покрытия для металлических имплантатов, таких как материалы на основе титана (чистый титан, сплав Ti-Al-Nb или оксид титана), с использованием методов электрохимической обработки, окисления, лазерной обработки, механической обработки и/или пескоструйной обработки, или любой их комбинации. После физического формирования первичного слоя рекомендовано проводить химическую обработку для вторичной модификации поверхности. Этап химической обработки физически сформированного первичного слоя включает этап погружения подложки в щелочной раствор при температуре примерно от 30 до 90°С. Титан или титановый сплав реагирует с щелочным раствором с образованием на поверхности титаната. Этот метод обработки поверхности предложено применять в качестве средства повторной обработки поверхности металлических устройств, таких как тазобедренные, коленные и спинномозговые имплантаты, а также винтов, штифтов и пластин. Обработанный таким образом поверхностный слой имплантата имеет шероховатую, неровную структуру поверхности, а именно - пики, впадины, ямки и борозды, увеличивающие область поверхности изделия, доступную для прикрепления клеток. Указано, в частности, что применение подобного подхода позволяет получить рельеф поверхности, характеризуемый развитием подпорок, волокон или фибрилл. Было установлено, что 80% фибрилл имеют диаметр в диапазоне от 5 до 12 нанометров. Длина фибрилл составляет от 200 до 300 нанометров. Может быть получен вариант рельефа поверхности, отличающийся наличием фибрилл шириной от 2 до 20 нм и длиной 200-300 нм.The prototype of the claimed invention is the use of modified metal materials for implantation and/or bone replacement, as well as a method for modifying the surface properties of metal substrates to enhance cell adhesion (tissue integration) and provide antimicrobial properties [US 9777381 B2]. Some embodiments of this invention include surface coatings for metal implants such as titanium-based materials (pure titanium, Ti-Al-Nb alloy, or titanium oxide) using electrochemical processing, oxidation, laser processing, machining and/or sandblasting techniques. processing, or any combination thereof. After the physical formation of the primary layer, it is recommended to carry out a chemical treatment for secondary surface modification. The step of chemically treating the physically formed primary layer includes the step of immersing the substrate in an alkaline solution at a temperature of about 30 to 90°C. Titanium or titanium alloy reacts with an alkaline solution to form titanate on the surface. This surface treatment method has been proposed as a means of resurfacing metal devices such as hip, knee, and spinal implants, as well as screws, pins, and plates. The surface layer of the implant treated in this way has a rough, uneven surface structure, namely, peaks, depressions, pits and grooves, which increase the surface area of the product available for cell attachment. It is indicated, in particular, that the use of such an approach makes it possible to obtain a surface relief characterized by the development of supports, fibers, or fibrils. It was found that 80% of fibrils have a diameter in the range of 5 to 12 nanometers. The length of the fibrils is from 200 to 300 nanometers. A variant of the surface relief can be obtained, characterized by the presence of fibrils with a width of 2 to 20 nm and a length of 200-300 nm.

Недостатки данного подхода:Disadvantages of this approach:

1) использование метода струйной очистки абразивными частицами может вызвать неоднородность химического состава поверхности из-за присутствия абразивных частиц, включенных в поверхность имплантата; загрязнение поверхности имплантата отрицательно сказывается на качестве контакта между имплантатом и костью. Кроме того, абразивные частицы могут отделяться от поверхности имплантата, что приводит к повышенному износу кости, имплантатов и мест имплантации. Абразивные частицы, внедренные в основу материала, при отделении от поверхности имплантата, могут вызывать локальный тремор, подвижность имплантата относительно места имплантации и нарушение нарастания ткани на поверхность имплантата. Известно, что до 40% поверхности имплантатов, подвергнутых пескоструйной очистке, может быть загрязнено абразивными частицами, которые могут вызвать проблемы на границе раздела имплантат/кость, снижение биосовместимости имплантата и воспаление рядом с имплантатом;1) the use of the abrasive particle blasting method may cause inhomogeneity of the chemical composition of the surface due to the presence of abrasive particles included in the surface of the implant; contamination of the implant surface adversely affects the quality of contact between the implant and the bone. In addition, abrasive particles can detach from the implant surface, resulting in increased wear on the bone, implants, and implant sites. Abrasive particles embedded in the base material, when separated from the implant surface, can cause local tremor, implant mobility relative to the implant site, and impaired tissue growth on the implant surface. It is known that up to 40% of the surface of sandblasted implants can be contaminated with abrasive particles, which can cause problems at the implant/bone interface, reduced implant biocompatibility, and inflammation near the implant;

2) изобретение не содержит точной информации о размерных характеристиках микрорельефа изделия, что не позволяет прогнозировать селективность адгезионных свойств конечного изделия относительно клеток различных типов;2) the invention does not contain accurate information about the dimensional characteristics of the microrelief of the product, which does not allow predicting the selectivity of the adhesive properties of the final product with respect to cells of various types;

3) отсутствие информации о точных размерах микро- и нанорельефа готового изделия не позволяет обеспечивать воспроизводимость эффективности клеточной адгезии у изделий различных партий;3) the lack of information about the exact dimensions of the micro- and nanorelief of the finished product does not allow us to ensure the reproducibility of the effectiveness of cell adhesion in products of different batches;

4) рельеф поверхности, характеризуемый широким диапазоном величин, не способен обеспечить селективность биоактивных свойств готового изделия, стимулируя адгезию не только остеогенных стромальных клеток, но и опухолевых клеток, а также микроорганизмов;4) the surface relief, characterized by a wide range of values, is not able to ensure the selectivity of the bioactive properties of the finished product, stimulating the adhesion of not only osteogenic stromal cells, but also tumor cells, as well as microorganisms;

5) снижение коррозионной стойкости титанового сплава после обработки щелочью опосредует сокращение периода эффективной эксплуатации изделия.5) the decrease in the corrosion resistance of the titanium alloy after treatment with alkali mediates a reduction in the period of effective operation of the product.

Задачей изобретения является создание имплантата для остеореконструктивных операций, способного выполнять опорную и каркасную функцию, обеспечивая полноценное восполнение механических свойств реконструированной кости, и обладающего высокими остеоинтегральными свойствами за счет поверхностной стимуляции адгезии остеогенных клеток.The objective of the invention is to create an implant for osteoreconstructive surgeries that is capable of performing a support and frame function, providing full replenishment of the mechanical properties of the reconstructed bone, and having high osseointegral properties due to surface stimulation of osteogenic cell adhesion.

Задача решается тем, что создан титановый имплантат с поверхностью, модифицированной для усиления клеточной адгезии, характеризующийся однородным составом основы, представленной коррозионностойким сплавом Ti-4%Fe, с поверхностью, обработанной шлифованием, для образования микрорельефа, представленного параллельно расположенными бороздами, с расстоянием между бороздами и глубиной 10±2 мкм, что обеспечивает стимуляцию адгезии мультипотентных стромальных клеток (МСК), обладающих остеогенным потенциалом.The problem is solved by creating a titanium implant with a surface modified to enhance cell adhesion, characterized by a homogeneous composition of the base, represented by a corrosion-resistant Ti-4%Fe alloy, with a surface treated by grinding, to form a microrelief, represented by parallel grooves, with a distance between the grooves and a depth of 10±2 µm, which provides stimulation of adhesion of multipotent stromal cells (MSCs) with osteogenic potential.

Получение образцов заявляемого изделия осуществляют следующим образом. В качестве основы изделия используют заготовку, изготовленную из сплава Ti-4%Fe методом, характеризуемым наличием ω-фазы, выплавленную в вакуумной левитационной установке и выпиленную с помощью электро-эрозионной резки. Затем поверхность изделия шлифуют с использованием ряда шлифовальных бумаг с последовательно уменьшающимся размером зерна на вращающемся диске, а затем наносят микрорельеф однонаправленной шлифовкой без вращения с использованием абразивной бумаги №2000 с размером абразивных зерен 10 мкм.Obtaining samples of the claimed product is carried out as follows. As the basis of the product, a workpiece is used, made from an alloy Ti-4%Fe by a method characterized by the presence of an ω-phase, melted in a vacuum levitation unit and sawn using electro-erosion cutting. The surface of the product is then ground using a series of sanding papers with successively decreasing grit size on a rotating disk, and then micro-relief is applied by unidirectional grinding without rotation using abrasive paper No. 2000 with an abrasive grain size of 10 μm.

Технический результатTechnical result

Вследствие изготовления из сплава Ti-4%Fe, широко применяемого в клинической практике для остеореконструкции, изделие характеризуется микротвердостью, плотностью и модулем Юнга, эффективными для замещения дефектов костной ткани. При этом, за счет модификации поверхности в виде микрорельефа, представленного параллельно расположенными бороздами глубиной 10±2 мкм, изделие способно селективно стимулировать адгезию клеток с остеогенным потенциалом размером 13±3 мкм в суспензии и колонизацию ими поверхности имплантата, ингибируя адгезию микроорганизмов размером 2±1 мкм, что в перспективе способствует неоостеогенезу и ускоренной остеоинтеграции после имплантации.Due to the manufacture of the Ti-4%Fe alloy, which is widely used in clinical practice for osteoreconstruction, the product is characterized by microhardness, density and Young's modulus, which are effective for replacing bone defects. At the same time, due to the modification of the surface in the form of a microrelief, represented by parallel grooves with a depth of 10 ± 2 μm, the product is able to selectively stimulate the adhesion of cells with an osteogenic potential of 13 ± 3 μm in suspension and their colonization of the implant surface, inhibiting the adhesion of microorganisms with a size of 2 ± 1 microns, which in the long term promotes neoosteogenesis and accelerated osseointegration after implantation.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1-3.The invention is illustrated in FIG. 1-3.

На фиг. 1 - вид поверхности имплантата, полученной методом сканирующей электронной микроскопии.In FIG. 1 - view of the implant surface obtained by scanning electron microscopy.

На фиг. 2 - рельеф имплантата, изученный методом световой конфокальной микроскопии.In FIG. 2 - relief of the implant, studied by light confocal microscopy.

На фиг. 3 - мультипотентные стромальные клетки с остеогенным потенциалом, колонизировавшие поверхность изделия (окраска Live/Dead, Sigma-Aldrich, USA).In FIG. 3 - multipotent stromal cells with osteogenic potential that colonized the surface of the product (Live/Dead stain, Sigma-Aldrich, USA).

Изобретение иллюстрировано двумя примерами.The invention is illustrated by two examples.

Пример №1. Исследование биоактивных свойствExample #1. Research of bioactive properties

Изготавливали заготовки изделий в виде дисков диаметром 1 см. Поверхность модифицировали, как описано выше. Микрорельеф характеризовался множественными бороздами глубиной и шириной 10 мкм, ориентированными параллельно друг другу. В качестве контроля использовали образцы с немодифицированной поверхностью. Часть образцов колонизировали мультипотентными стромальными клетками (МСК) и опухолевыми клетками рака молочной железы линии SKBR3, чьи размеры в ошаренном состоянии в суспензии соответствовали 13±3 мкм и 9±2 мкм, соответственно. Часть образцов колонизировали микроорганизмами S.aureus (размер одной бактерии в среднем соответствовал 2 мкм). Исследование адгезии и колонизации производили в одинаковых условиях при температуре 37°С в атмосфере 5% углекислого газа. Было установлено, что образцы с модифицированной поверхностью достоверно стимулировали адгезию и колонизацию поверхности МСК в сравнении с контролем (р<0,05), тогда как количество опухолевых и бактериальных клеток на поверхности было таким же или меньше.Preforms were made in the form of disks 1 cm in diameter. The surface was modified as described above. The microrelief was characterized by multiple furrows 10 µm deep and wide, oriented parallel to each other. Samples with unmodified surface were used as control. Some of the samples were colonized with multipotent stromal cells (MSCs) and breast cancer tumor cells of the SKBR3 line, whose sizes in a stunned state in suspension corresponded to 13 ± 3 μm and 9 ± 2 μm, respectively. Some of the samples were colonized with S. aureus microorganisms (the size of one bacterium averaged 2 μm). The study of adhesion and colonization was carried out under the same conditions at a temperature of 37°C in an atmosphere of 5% carbon dioxide. It was found that the surface-modified samples significantly stimulated adhesion and colonization of the MSC surface compared to the control (p<0.05), while the number of tumor and bacterial cells on the surface was the same or less.

Пример №2. Исследование механических свойствExample #2. Study of mechanical properties

Изготавливали заготовки изделий в виде дисков диаметром 1 см. Поверхность модифицировали, как описано выше. Микрорельеф характеризовался множественными бороздами глубиной и шириной 10 мкм, ориентированными параллельно друг другу. В качестве контроля использовали образцы аналогичной формы из сплава ВТ6, разрешенного для клинического применения. Проводили исследования микротвердости по Бринелю Н и модуля Юнга Е с помощью наноиндентирования индентором Берковица. Согласно полученным данным, образцы заявляемого изделия характеризовались следующими величинами Н=5 ГПа и Е=120 ГПа. Полученные значения близки к значениям означенного параметра сплава ВТ6, разрешенного для клинического применения в качестве основы металлоконструкций и имплантатов для остеореконструктивных операций (р>0,05). Следовательно, механические свойства изготовленных образцов отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для остеореконструкции.Preforms were made in the form of disks 1 cm in diameter. The surface was modified as described above. The microrelief was characterized by multiple furrows 10 µm deep and wide, oriented parallel to each other. Samples of a similar shape made of the VT6 alloy approved for clinical use were used as controls. Brinell microhardness H and Young's modulus E were studied using nanoindentation with a Berkowitz indenter. According to the data obtained, the samples of the claimed product were characterized by the following values H=5 GPa and E=120 GPa. The obtained values are close to the values of the indicated parameter of the VT6 alloy, approved for clinical use as the basis of metal structures and implants for osteoreconstructive operations (p>0.05). Consequently, the mechanical properties of the fabricated samples meet the requirements for materials for osteoreconstruction.

Пример №3Example #3

Изготавливали заготовки изделий в виде штифтов диаметром 2-3 мм, длиной 4 мм. Поверхность модифицировали, как описано в примере №1. Микрорельеф характеризовался множественными бороздами глубиной и шириной 10 мкм, ориентированными параллельно друг другу. У крыс линии Wistar формировали искусственный сегментарный дефект стенки и костномозгового канала большеберцовой кости в проксимальной области ее диафиза. У крыс опытной группы дефект замещали стерильным имплантатом, располагая его перпендикулярно оси реконструированной кости. В контрольной группе реконструкцию костного дефекта не проводили. Результат оценивали через 21 день. Было установлено, что все животные опытной группы демонстрировали полную опороспособность конечности с реконструированной костью, что по данным микрокомпьютерной томографии было обеспечено плотной внутрикостной фиксацией имплантата и полноценным остеосинтезом в области контакта его поверхности с костью. У животных контрольной группы наблюдалась хромота, укорочение оперированной конечности и рентгенологически были выявлены признаки перелома кости в дефектной области. Полученные результаты доказывают, что за счет своих прочностных свойств и адгезивной поверхности, стимулирующей быстрое приживление и фиксацию в области дефекта, заявляемый имплантат способен обеспечить эффективную остеореконструкцию и быстрое восстановление опороспособности поврежденной конечности.Produced blanks of products in the form of pins with a diameter of 2-3 mm, a length of 4 mm. The surface was modified as described in example No. 1. The microrelief was characterized by multiple furrows 10 µm deep and wide, oriented parallel to each other. In Wistar rats, an artificial segmental defect was formed in the wall and medullary canal of the tibia in the proximal region of its diaphysis. In rats of the experimental group, the defect was replaced with a sterile implant placed perpendicular to the axis of the reconstructed bone. In the control group, the reconstruction of the bone defect was not performed. The result was evaluated after 21 days. It was found that all animals of the experimental group demonstrated full supportability of the limb with the reconstructed bone, which, according to microcomputed tomography, was ensured by tight intraosseous fixation of the implant and complete osteosynthesis in the area of contact of its surface with the bone. In animals of the control group, lameness, shortening of the operated limb were observed, and signs of a bone fracture in the defective area were revealed radiographically. The results obtained prove that due to its strength properties and adhesive surface, which stimulates rapid engraftment and fixation in the area of the defect, the claimed implant is able to provide effective osteoreconstruction and rapid restoration of the support ability of the injured limb.

Claims (2)

1. Имплантат для остеореконструктивных операций с поверхностью, модифицированной для усиления клеточной адгезии, отличающийся тем, что изготовлен из титанового сплава Ti-4%Fe, поверхность обработана шлифованием, с микрорельефом, представленным параллельно расположенными бороздами, с расстоянием между ними и глубиной 10±2 мкм.1. An implant for osteoreconstructive operations with a surface modified to enhance cell adhesion, characterized in that it is made of titanium alloy Ti-4%Fe, the surface is processed by grinding, with a microrelief represented by parallel grooves, with a distance between them and a depth of 10 ± 2 µm. 2. Способ изготовления титанового имплантата по п. 1, включающий ω-фазу, в котором заготовку имплантата выплавляют в вакуумной левитационной установке и выпиливают с помощью электроэрозионной резки, а затем шлифуют с использованием ряда шлифовальных бумаг с последовательно уменьшающимся размером зерна на вращающемся диске и наносят микрорельеф однонаправленной шлифовкой без вращения с использованием абразивной бумаги с размером абразивных зерен 10 мкм.2. A method for manufacturing a titanium implant according to claim 1, including an ω-phase, in which the implant blank is melted in a vacuum levitation installation and sawn out using electroerosive cutting, and then ground using a series of grinding papers with successively decreasing grain size on a rotating disk and applied microrelief by unidirectional grinding without rotation using abrasive paper with an abrasive grain size of 10 microns.
RU2021134524A 2021-11-25 Titanium implant with a surface modified to enhance cell adhesion and the method for its manufacture RU2779364C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779364C1 true RU2779364C1 (en) 2022-09-06

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5091511A (en) * 1988-10-03 1992-02-25 Sapporo Breweries Limited Lymphokine activated killer suppressive factor (LAKSF), process for producing it and immunosuppressive agent comprising it
US6267782B1 (en) * 1997-11-20 2001-07-31 St. Jude Medical, Inc. Medical article with adhered antimicrobial metal
RU2400238C1 (en) * 2009-03-04 2010-09-27 Леонид Валентинович Загребин Method of obtaining deposited lymphokine-activated killer cells
RU2469744C1 (en) * 2011-06-30 2012-12-20 Фикрет Мавлудинович Абдуллаев Method of creating nanostructured bioinert porous surface on titanium implants
US9777381B2 (en) * 2007-10-05 2017-10-03 Washington State University Modified metal materials, surface modifications to improve cell interactions and antimicrobial properties, and methods for modifying metal surface properties
RU2673795C2 (en) * 2017-04-12 2018-11-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for production of porous implants based on metallic materials
RU2679604C1 (en) * 2018-10-25 2019-02-12 Владимир Арамович Геворгян Micro- and nano-textured bioinert surface creation method on implants from titanium and titanium alloys

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5091511A (en) * 1988-10-03 1992-02-25 Sapporo Breweries Limited Lymphokine activated killer suppressive factor (LAKSF), process for producing it and immunosuppressive agent comprising it
US6267782B1 (en) * 1997-11-20 2001-07-31 St. Jude Medical, Inc. Medical article with adhered antimicrobial metal
US9777381B2 (en) * 2007-10-05 2017-10-03 Washington State University Modified metal materials, surface modifications to improve cell interactions and antimicrobial properties, and methods for modifying metal surface properties
RU2400238C1 (en) * 2009-03-04 2010-09-27 Леонид Валентинович Загребин Method of obtaining deposited lymphokine-activated killer cells
RU2469744C1 (en) * 2011-06-30 2012-12-20 Фикрет Мавлудинович Абдуллаев Method of creating nanostructured bioinert porous surface on titanium implants
RU2673795C2 (en) * 2017-04-12 2018-11-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for production of porous implants based on metallic materials
RU2679604C1 (en) * 2018-10-25 2019-02-12 Владимир Арамович Геворгян Micro- and nano-textured bioinert surface creation method on implants from titanium and titanium alloys

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sarraf et al. A state-of-the-art review of the fabrication and characteristics of titanium and its alloys for biomedical applications
JP6466377B2 (en) Bioactive material
John et al. Surface modification of titanium and its alloys for the enhancement of osseointegration in orthopaedics
JP4907643B2 (en) Medical implant
CA2356916C (en) Implants with modified surfaces for increased biocompatibility, and method for production thereof
JP6072413B2 (en) Functional titanium implants and similar renewable materials
Tuomi et al. In vitro cytotoxicity and surface topography evaluation of additive manufacturing titanium implant materials
Shimabukuro et al. Investigation of realizing both antibacterial property and osteogenic cell compatibility on titanium surface by simple electrochemical treatment
EP2014319A1 (en) A bone tissue implant comprising strontium ions
Park et al. The effect of ultraviolet-C irradiation via a bactericidal ultraviolet sterilizer on an anodized titanium implant: a study in rabbits.
US20100010632A1 (en) Sand-blasting method using biocompatible polymers
US20080292779A1 (en) Coating of implants with hyaluronic acid solution
Jambhulkar et al. A review on surface modification of dental implants among various implant materials
Pesode et al. Biocompatibility of Plasma Electrolytic Oxidation Coated Titanium Alloy for Biomedical Applications
Wirth et al. Surface modification of dental implants
RU2779364C1 (en) Titanium implant with a surface modified to enhance cell adhesion and the method for its manufacture
KR101972122B1 (en) Method for Preparing Dental Implants with Improved Surface Morphology and Osseointegration
Kumar et al. 3D-printed titanium alloys for orthopedic applications
Mishchenko et al. Craniofacial reconstruction using 3D personalized implants with enhanced surface properties: Technological and clinical aspects
Sharath et al. Introduction to bioimplants manufacturing
KR101405859B1 (en) Dental implant coated with a mixed solution of chemical buffering agent and organic amphoteric substance and a prepareation process thereof
Singha et al. Current Trends in Bio-Implants’ Research
RU2724437C1 (en) Method for making dental implant of nanotitanium using laser surface structuring and nanostructured composite coating and implant
KR102254182B1 (en) maxillofacial plate for maxillofacial surgery and manufacturing method thereof
WO2014087412A1 (en) Nano surface modified metallic titanium implants for orthopaedic or dental applications and method of manufacturing thereof