Том 23 № 3 (2019)
ЭНДОВАСКУЛЯРНАЯ ХИРУРГИЯ

Исследование цитотоксического эффекта магниевых сплавов на клеточные культуры

Т. Фролова
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск, Новосибирский государственный университет, Новосибирск
А. Бойков
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Bio
А. Таркова
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
К. Орищенко
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск
А. Прохорихин
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Д. Малаев
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
О. Синицына
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск, Новосибирский государственный университет, Новосибирск
В. Байструков
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Е. Кретов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
М. Прямов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Д. Мерсон
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
А. Виноградов
Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Опубликован 27.11.2019

Ключевые слова

  • биодеградируемый стент,
  • биосовместимость,
  • артерии нижних конечностей,
  • ишемическая болезнь сердца,
  • магниевый сплав,
  • эндоваскулярная хирургия
  • ...Показать
    Скрыть

Как цитировать

Фролова, Т., Бойков, А., Таркова, А., Орищенко, К., Прохорихин, А., Малаев, Д., Синицына, О., Байструков, В., Кретов, Е., Прямов, М., Мерсон, Д., & Виноградов, А. (2019). Исследование цитотоксического эффекта магниевых сплавов на клеточные культуры. Патология кровообращения и кардиохирургия, 23(3), 22–29. https://doi.org/10.21688/1681-3472-2019-3-22-29

Аннотация

Актуальность. Имплантация металлического стента всегда сопровождается риском возникновения неблагоприятных событий, таких как долгосрочная дисфункция эндотелия, постоянное физическое раздражение стенки сосуда, хронические локальные воспалительные реакции, высокий риск тромбообразования и прочее. В связи с этим актуальна разработка биодеградируемых стентов, которые будут обеспечивать необходимую поддержку на период заживления стенки сосуда и полностью резорбироваться без негативного влияния. С этой точки зрения магниевые сплавы являются самыми подходящими ввиду относительно низкой коррозионной стойкости и высокой биосовместимости.
Цель. Исследовать цитотоксическую активность различных сплавов на основе магния в условиях in vitro.
Методы. Для исследования методом деформационных термообработок получены 7 образцов магниевых сплавов с различным пределом текучести: 1 — MgZnZr (ZK60) 310 МПа, 2 — MgZnCa (ZX10) 60 МПа, 3 — MgZnCa (ZX40) 130 МПа, 4 — MgYZn (WZ31) 300 МПа, 5 — MgYZn (WZ31) 275 Мпа, 6 — MgYZn (WZ20) 340 МПа, 7 — MgZnZr (ZK60) 180 МПа. Данные образцы предварительно инкубировались в культуральной среде для получения экстракта, который в дальнейшем тестировался на иммортализованных фибробластах человека. Для исследования цитотоксической активности экстрактов применялись следующие методы: микротетразолиевый тест, проточная цитофлюориметрия, световая микроскопия, измерение рН экстрактов.
Результаты. По итогам микротетразолиевого теста экстракт образца 7 проявил выраженную цитотоксичность: средняя выживаемость клеток 48,2 ± 1,0%, слабый цитотоксический эффект проявил экстракт образца 5 — 81,4 ± 14,0%. Микроскопический анализ показал меньшую плотность клеток в поле зрения для образцов 5 и 7. Проточная цитофлюориметрия выявила значительное увеличение некротических клеток для образца 7 (8,25%), для образцов 1 и 5 отмечено небольшое усиление некроза клеток (3,449 и 3,626% соответственно). Наиболее высокие показатели рН среды отмечены для образцов 5 и 7 (pH = 8,5).
Выводы. Результаты тестов in vitro на цитотоксичность доказывают, что состав магниевого сплава и тип деформационной термомеханической обработки напрямую влияют на величину клеточного некроза, морфологию клеток и pH среды.

Поступила в редакцию 7 июня 2019 г. Исправлена 28 октября 2019 г. Принята к печати 6 ноября 2019 г.

Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование
Работа выполнена при поддержке Министерства науки РФ в рамках проекта RFMEFI58317X0070.

Библиографические ссылки

  1. Zhou W.R., Zheng Y.F., Leeflang M.A., Zhou J. Mechanical property, biocorrosion and in vitro biocompatibility evaluations of Mg-Li-(Al)-(RE) alloys for future cardiovascular stent application. Acta biomater. 2013;9(10):8488-98. PMID: 23385218. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.01.032
  2. Salahshoor M., Guo Y. Biodegradable orthopedic magnesium-calcium (MgCa) alloys, processing, and corrosion performance. Materials. 2012;5(1):135-155. PMCID: PMC5448945, PMID: 28817036. https://doi.org/10.3390/ma5010135
  3. Прохорихин А.А., Фартаков Е.И., Малаев Д.У., Бойков А.А., Ойдуп-Оол С.В., Байструков В.И., Гражданкин И.О., Зубарев Д.Д., Покушалов Е.А., Кретов Е.И. Оценка эффективности и безопасности биодеградируемого каркаса Absorb: 6-месячные результаты регистра Gabi R: Russia. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2019;23(1S):S26-S33. http://dx.doi.org/10.21688/1681-3472-2019-1S-S26-S33 [Prokhorikhin A.A., Fartakov E.I., Malaev D.U., Boykov A.A., Oidup-Ool S.V., Baystrukov V.I., Grazhdankin I.O., Zubarev D.D., Pokushalov E.A., Kretov E.I. Efficacy and safety of bioresorbable vascular scaffold Absorb: 6-month outcomes of GABI-R: Russia registry. Patologiya krovoobrashcheniya i kardiokhirurgiya = Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2019;23(1S):S26-S33. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.21688/1681-3472-2019-1S-S26-S33]
  4. Kaliyadan A., Siu H., Fischman D.L., Ruggiero N.J. 2nd, Jasti B., Walinsky P., Ogilby J.D., Savage M.P. "Very" very late stent thrombosis: acute myocardial infarction from drug-eluting stent thrombosis more than 5 years after implantation. J Invasive Cardiol. 2014;26(9):413-6. PMID: 25198482.
  5. Okura H., Takagi T., Yoshida K. Therapies targeting inflammation after stent implantation. Curr Vasc Pharmacol. 2013;11(4):399-406. PMID: 23905635.
  6. Alexy R.D., Levi D.S. Materials and manufacturing technologies available for production of a pediatric bioabsorbable stent. BioMed Res Int. 2013;2013:137985. PMID: 24089660, PMCID: PMC3780513. https://doi.org/10.1155/2013/137985
  7. Pliam M.B., Zapolanski A., Anastassiou P., Ryan C.J., Manila L.L., Shaw R.E., Pira B.K. Influence of prior coronary stenting on the immediate and mid-term outcome of isolated coronary artery bypass surgery. Innovations. 2007;2(5):217-25. PMID: 22437130. https://doi.org/10.1097/IMI.0b013e31815bdbc1
  8. Erne P., Schier M., Resink T.J. The road to bioabsorbable stents: reaching clinical reality? Cardiovasc Intervent Radiol. 2006;29(1):11-6. PMID: 16195840. https://doi.org/10.1007/s00270-004-0341-9
  9. Peuster M., Wohlsein P., Brugmann M., Ehlerding M., Seidler K., Fink C., Brauer H., Fischer A., Hausdorf G. A novel approach to temporary stenting: degradable cardiovascular stents produced from corrodible metal—results 6–18 months after implantation into New Zealand white rabbits. Heart. 2001;86(5):563-569. PMCID: PMC1729971, PMID: 11602554. https://doi.org/10.1136/heart.86.5.563
  10. Mao L., Shen L., Chen J., Zhang X., Kwak M., Wu Y., Fan R., Zhang L., Pei J., Yuan G., Song C., Ge J., Ding W. A promising biodegradable magnesium alloy suitable for clinical vascular stent application. Scientific reports. 2017;7:46343. Available from https://www.nature.com/articles/srep46343
  11. Li Z., Gu X., Lou S., Zheng Y. The development of binary Mg-Ca alloys for use as biodegradable materials within bone. Biomaterials. 2008;29(10):1329-44. PMID: 18191191. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.12.021
  12. Heublein B., Rohde R., Kaese V., Niemeyer M., Hartung W., Haverich A. Biocorrosion of magnesium alloys: a new principle in cardiovascular implant technology? Heart. 2003;89(6):651-6. PMID: 12748224, PMCID: PMC1767674. https://doi.org/10.1136/heart.89.6.651
  13. Moravej M., Mantovani D. Biodegradable metals for cardiovascular stent application: interests and new opportunities. Int J Mol Sci. 2011;12(7):4250-70. PMCID: PMC3155349, PMID: 21845076. https://doi.org/10.3390/ijms12074250
  14. Vinogradov A., Vasilev E., Kopylov V.I., Linderov M., Brilevesky A., Merson D. High performance fine-grained biodegradable Mg-Zn-Ca alloys processed by severe plastic deformation. Metals. 2019;9(2):186. https://doi.org/10.3390/met9020186
  15. Vinogradov A., Vasilev E., Linderov M., Merson D. Evolution of mechanical twinning during cyclic deformation of Mg-Zn-Ca alloys. Metals. 2016;6(12):304. https://doi.org/10.3390/met6120304
  16. Vasilev E., Linderov M., Nugmanov D., Sitdikov O., Markushev M., Vinogradov A. Fatigue performance of Mg-Zn-Zr alloy processed by hot severe plastic deformation. Metals. 2015;5(4):2316-27. https://doi.org/10.3390/met5042316
  17. Orlov D., Raab G., Lamark T.T., Popov M., Estrin Y. Improvement of mechanical properties of magnesium alloy ZK60 by integrated extrusion and equal channel angular pressing. Acta Materialia. 2011;59(1):375-85. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.09.043
  18. Zhang B., Hou Y., Wang X., Wang Y., Geng L. Mechanical properties, degradation performance and cytotoxicity of Mg–Zn–Ca biomedical alloys with different compositions. Mater Sci Eng C. 2011;31(8):1667-73. https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.07.015
  19. Mosmann T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J Immunol Methods. 1983;65(1-2):55-63. PMID: 6606682. https://doi.org/10.1016/0022-1759(83)90303-4