Ученые обнаружили, что редкоземельные металлы лантан и церий, которые часто используют в составе костных имплантатов для увеличения их прочности и срока службы, приводят к повреждению печени и почек у крыс. Иттрий — еще один элемент из этой группы — не вызвал подобных эффектов. Открытие поможет найти безопасные составы имплантатов и избежать побочных эффектов, связанных с их помещением в организм. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Materials.
Большинство имплантатов, применяемых в ортопедии, травматологии, стоматологии и челюстнолицевой хирургии, делают из титана и его сплавов — прочных и долговечных материалов, которые не отторгаются живыми тканями и биосовместимы. Но титановые сплавы со временем изнашиваются, поэтому ученые ищут способы улучшить их свойства с помощью «добавок». Ими могут служить, например, редкоземельные металлы — это 17 химических элементов, которые применяются в различных сферах от электроники до медицины. В имплантатах они увеличивают прочность и, как следствие срок их службы. До настоящего момента такие добавки считались полностью допустимыми и безопасными, и их использование в медицине допускалось действующими стандартами.
Ученые из Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (Москва) и Национального медицинского исследовательского центра травматологии и ортопедии имени академика Г.А. Илизарова (Курган) обнаружили, что не все часто используемые в имплантатах редкоземельные металлы и их примеси безопасны для живых существ. Авторы провели исследование на 46 самцах крыс, которых разделили на четыре группы. Первой под кожу ввели титановый имплантат с добавлением иттрия, второй — с лантаном, третьей — с церием, а четвертой (контрольной) поместили чистый титановый имплантат. В течение следующих четырех недель исследователи оценивали общее состояние здоровья животных, массу, температуру их тела и локальную температуру в месте установки имплантата.
В целом состояние животных из всех групп не ухудшилось, их масса и температура тела практически не изменились. Однако в месте операции спустя неделю эксперимента у крыс с имплантатом из титана и иттрия температура снизилась на 1,6°C, а у животных, которым ввели титан с лантаном, — повысилась на 0,9–1,2°C. Спустя еще неделю температура у всех крыс нормализовалась. Это говорит о том, что при введении имплантата с лантаном более активно шла воспалительная реакция, которая постепенно спала.
Через три месяца после операции ученые исследовали кровь крыс. У грызунов из второй и третьей группы (с имплантатами, содержащими лантан и церий) повысился показатель, указывающий на поражение печени и почек. У крыс с имплантатами из титана с иттрием такого не было. Эти результаты говорят о том, что использование иттрия вместо лантана и церия поможет создать биосовместимые титановые сплавы нового поколения и сделать их не только более долговечными, но и безопасными.
«Мы впервые на лабораторных животных показали, что микродобавки редкоземельных элементов в титановых сплавах, которые раньше считали безопасными, могут негативно влиять на внутренние органы млекопитающих. Это значит, что у пациентов с имплантатами из таких сплавов, содержащих церий или лантан, есть вероятность проявления побочных эффектов после операций», — рассказывает руководитель международного проекта РНФ–DST (Россия–Индия) Александр Анохин, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории новых технологий металлических и керамических материалов Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
