Влияние новых керамических материалов на основе цирконата лантана на культуру клеток человека

Abstract

Bone defects are becoming increasingly common and have a huge impact on the quality of life of patients. The development of new materials for bone implantation is a major challenge. Оbjective of the study is to determine the influence of new ceramic materials based on lanthanum zirconate on human cell culture in order to assess the prospects for their use as bone replacement implants. Materials and methods. To study the cytocompatibility of the new materials, a culture of human dermal fibroblasts was used. Bioceramic samples: La2Zr2O7 (undoped lanthanum zirconate, LZ), La0.9Ca0.1Zr2O6.95 (calcium-doped lanthanum zirconate, LZCa) and La0.9Sr0.1Zr2O6.95 (lanthanum zirconate doped with strontium, LZSr), were used in the form of round plates (d = 5 mm, h = 2 mm). Sterile plates were placed into the wells of a 24-well plate and a cell suspension (500 μl) was added. Cells were cultured without changing the medium for 5 days. Control — wells without bioceramic samples. The cytocompatibility study included determination of the viability and proliferative activity of cells after 1, 3 and 5 days of cultivation. Results. The study determined the cytocompatibility of the studied ceramics based on lanthanum zirconate. An increase in the proliferative activity and viability of human fibroblasts after a period of cell adaptation was shown. It has been established that doping lanthanum zirconate with calcium or strontium slows down the adaptation of human fibroblasts during cultivation without significant differences between LZCa and LZSr. Conclusions. The viability of human fibroblasts varies within acceptable values and is sufficient to maintain their recovery potential when growing on the ceramic materials under study. The implementation of this stage of preclinical research provides justification for further study of these materials for bone tissue augmentation.

Дефекты костной ткани становятся все более распространенными и оказывают огромное влияние на качество жизни пациентов. Актуальной проблемой современных травматологии и ортопедии является поиск новых остеозамещающих материалов для имплантации, сочетающих в себе отсутствие цитотоксичности, высокую прочность и остеоинтеграционные характеристики. Цель исследования — определить характер влияния новых керамических материалов на основе цирконата лантана на культуру клеток человека для оценки перспективности их применения в качестве остеозамещающих имплантатов. Материалы и методы. Образцы биокерамики получены в Институте высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН). Для исследования цитосовместимости изучаемых материалов использовали культуру дермальных фибробластов человека. Клетки культивировали в среде Игла, модифицированной по Дульбекко (англ. Dulbecco’s Modified Eagle Medium, DМЕМ; «Биолот»). Образцы биокерамики — La2Zr2O7 (цирконат лантана недопированный, ЦЛ), La0,9Ca0,1Zr2O6,95 (цирконат лантана, допированный кальцием, ЦЛК) и La0,9Sr0,1Zr2O6,95 (цирконат лантана, допированный стронцием, ЦЛС) — использовали в виде круглых пластинок диаметром 5 мм и толщиной 2 мм. После стерилизации пластинки помещали в лунки 24-луночного планшета и наносили на них суспензию клеток (500 мкл). Клетки культивировали без смены среды в течение 5 суток. Контроль — лунки без образцов биокерамики. Исследование цитосовместимости керамических материалов включало в себя определение жизнеспособности и пролиферативной активности клеток через 1, 3 и 5 суток культивирования. Результаты. Исследование установило цитосовместимость изучаемой керамики на основе цирконата лантана. Показано нарастание пролиферативной активности и индекса жизнеспособности фибробластов человека после периода адаптации клеток к воздействию исследуемых керамических материалов. Установлено, что допирование цирконата лантана кальцием либо стронцием замедляет адаптацию фибробластов человека в процессе культивирования на исследуемых керамических материалах без существенных различий между ЦЛК и ЦЛС. Выводы. При взаимодействии фибробластов человека с исследуемыми керамическими материалами жизнеспособность клеток изменяется в пределах допустимых значений и является достаточной для поддержания их восстановительного потенциала. Реализация настоящего этапа доклинических исследований дает обоснование дальнейшему изучению этих материалов для аугментации костной ткани.