CC BY
67
----—
ИС СЛЕДОВАНИЕ ОБЩЕТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НОВЫХ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ И ОЦЕНКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ В ПРИМЕНЕНИИ
М.Н. Добринская, Л.П. Ларионов, Л. Ф. Королёва, М.К. Дуплякин
Уральский государственный медицинский университет Кафедра фармакологии и клинической фармакологии ул. Репина, 3, Екатеринбург, Россия, 620028
В работе представлены новые экспериментальные данные по изучению безопасности применения нанодис-персных допированных гидроксиапатитов и их влияния на прочность костной ткани.
Ключевые слова: нанодисперсные допированные гидроксиапатиты, экспериментальные животные, методики исследования.
Введение. В связи с тем, что в настоящее время актуальными проблемами являются бытовой и промышленный травматизм, снижение плотности и разрушение костной структуры, на первый план выходит задача создания эффективных и доступных методик лечения, позволяющих в кратчайший срок восстановить разрушенную костную ткань. Традиционным материалом для этих целей является биосовместимая керамика на основе гидроксиа-патита кальция Саю(Р04)б(0Н)2. Синтетический гидроксиапатит Саю(РО4)6(ОН)2 (ГА) — широко распространенный материал, применяемый в медицине для лечения поврежденных костных тканей благодаря химическому и фазовому подобию неорганической составляющей костной ткани.
Целью нашей работы являлось определение влияния на прочность костной ткани новых нано-дисперсных допированных гидроксиапатитов четырёх составов, содержащих: кальций, фосфор, магний, железо, цинк, калий, марганец, кремний, медь в определенном процентном соотношении, представленных Л.Ф. Королёвой (УрО РАН).
Материалы и методы исследования. Предварительно на белых беспородных мышах была изучена острая и хроническая токсичность надоса-дочной жидкости исследуемых соединений. Этот эксперимент позволил нам оценить безопасность применения изучаемых субстанций для дальнейшего исследования их специфического действия
по влиянию на прочность костной ткани более крупных лабораторных животных (крыс). Для исследования были отобраны 5 групп из 10 крыс популяции линии массой 300—380 г. В про-
цессе оперативного вмешательства (перелом боль-шеберцовой и малоберцовой костей правой голени) изучаемую субстанцию крысам подшивали к костным отломкам по 500 мг/кг. В течение 30 дней опытным четырём группам животных в желудок вводили через зонд суспензии ежедневно в дозе 10 мг/кг массы особи (по основному соединению: первый состав — Са, Р, М§, Бе, К, Ы; второй состав — Са, Р, М§, Бе, 2п, К; третий состав — Са, Р, М§, Бе, 8Ю2, четвёртый состав — Са, Р, М§, Бе, 2п, Мп, Си), пятая группа — контрольная. После данного курсового применения изучаемых соединений провели исследования на прочность костей голени при растяжении. Эпифизы выделенных образцов большеберцовой и малоберцовой костей испытуемых животных (после перелома) фиксировали в цилиндрических ёмкостях диаметром 2,8 см., глубиной 2,5см., с помощью состава содержащего смолу эпоксидно-диановую неотвержденную марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) (рис. 2). Отвердевание состава происходило в течение 5 дней, в результате чего испытуемые образцы прочно фиксировались в области диафизов большеберцовой и малоберцовой костей. Для оценки на прочность растяжения использовали
—-г^е^б^-—
~ 46 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Clinical studies
Универсальную испытательную машину фирмы Те81оте1;пс М500-100АТ (максимальная нагрузка 100 кН, встроенный компьютер) (рис. 1). Испытания проводили на базе Уральского государствен-
ного университета путей сообщения. Измерение считалось завершенным, когда осуществлялся перелом либо разрыв кости.
Рис. 1. Универсальная испытательная машина
Результаты и их обсуждение. Полученные результаты испытания прочности после статистической обработки представлены в табл. 1 на примере контрольной группы. Показатели прочности кос-
Сила, Н
Смещение, мм
Контрольная группа, перелом без лечения
Рис. 2. Фиксация образцов
тей голени в сравнительном аспекте опытных и ин-тактных крыс при растяжении представлены в виде графиков.
Таблица 1
Точки Сила, Н Смещение,
контроля, № мм
1 0,399 0
200 0,88 0,133
400 3,22 0,265
600 7,17 0,401
800 11,50 0,538
100 15,90 0,672
1200 20,27 0,802
1400 25,03 0,933
1600 30,42 1,065
1800 36,19 1,196
2000 42,40 1,33
2200 48,83 1,459
2400 55,46 1,591
2600 62,33 1,722
2616 62,80 1,732
—--—
~ 47 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
-—-
Таблица 2
Сила, Н
Смещение, мм
Группа с лечением, образец 1
Точки Сила, Н Смещение,
контроля, № мм
1 0 0
200 3,22 0,133
400 3,18 0,265
600 7,52 0,399
800 9,45 0,532
1000 14,45 0,664
1200 17,25 0,799
1400 20,3 0,935
1600 25,54 1,063
1800 31,00 1,195
2000 37,57 1,327
2200 43,83 1,46
2400 50,54 1,589
2600 56,72 1,722
2600 64,01 1,852
3000 71,65 1,98
3200 79,67 2,105
3400 87,67 2,228
3600 96,24 2,351
3800 104,90 2,475
4000 113,50 2,598
4134 119,30 2,68
Сила, Н
Смещение, мм
Группа с лечением, образец 2
Таблица 3
Точки Сила, Н Смещение,
контроля, № мм
1 0 0
200 5,16 0,135
400 10,46 0,27
600 16,2 0,404
800 22,31 0,538
1000 29,06 0,676
1200 36,44 0,812
1400 44,06 0,946
1600 51,68 1,077
1800 59,82 1,212
2000 68,17 1,345
2200 76,72 1,478
2400 85,29 1,608
2600 93,6 1,741
2800 101,90 1,873
2841 103,60 1,899
—-г^е^б^-—
~ 48 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Clinical studies ——
Сила, Н
Смещение, мм
Группа с лечением, образец 3
Таблица 4
Точки Сила, Н Смещение,
контроля, № мм
1 0 0
200 1,58 0,129
400 7,09 0,26
600 13,40 0,39
800 20,78 0,522
1000 29,08 0,665
1200 37,81 0,782
1400 47,87 0,912
1600 58,91 1,044
1800 70,72 1,174
2000 83,37 1,307
2200 96,01 1,437
2400 110,00 1,566
2600 124,60 1,693
2800 138,20 1,814
3000 152,00 1,938
3200 164,90 2,063
3400 178,80 2,189
3600 191,90 2,31
3800 205,00 2,433
4000 217,70 2,554
4200 229,30 2,675
4400 240,70 2,797
4600 244,40 2,915
4800 244,70 3,036
5000 244,70 3,159
5200 245,40 3,278
5400 247,30 3,397
5600 257,50 3,508
5670 262,20 3,548
Как видно из графиков, показатели прочности при растяжении костей голени опытных животных выше прочности костной ткани контрольных крыс, что является подтверждающим фактором положительного влияния нанодисперсных допированных гидроксиапатитов на повышение прочности исследуемых твёрдых тканей.
Оценив полезность изучаемых минеральных составов на прочность костной ткани, нас безусловно заинтересовал вопрос в отношении возможного влияния их на другие органы и системы организма этих экспериментальных животных. Для
этого выявления мы дополнительно провели исследования влияния их на функциональное состояние центральной нервно системы (ЦНС), сердечной деятельности и влияния на внешнее дыхание. Изучение влияния вышеописанных четырёх минеральных составов на функциональное состояние ЦНС осуществляли на 40 крысах обоего пола в тесте «открытое поле», в котором регистрировали горизонтальную, вертикальную активность, обследование «нор» (отверстий) и груминг (количество приёмов чистки) при экспозиции 3 мин. Весь эксперимент длился в течении 120 мин, т.е.
—--—
~ 49 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
----—-
через 30, 60, 90 и 120 мин. Подобную регистрацию осуществляли в начале эксперимента и на 30 сутки введения суспензий. Параллельно с этим экспериментом также на 30 сутки записывали ЭКГ и частоту дыхательных движений. В процессе этого дополнительного эксперимента нам не удалось получить различия показателей опытных групп от показателей контрольных животных. Таким образом, можно предполагать, что испытуемые минеральные образцы в применяемой дозе не оказывают какого-либо отрицательного действия на функциональное состояние изучаемых систем белых крыс
Выводы
1. Получены новые нанодисперсные допиро-ванные гидроксиапатиты.
2. Не вызывают острой и хронической токсичности, безопасны в применении.
3. Повышают прочность костной ткани бедренных костей при их растяжении.
4. Не оказывают отрицательного влияния на функциональное состояние центральной нервной системы, сердечной деятельности и внешнего дыхания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Королёва Л.Ф., Ларионов Л.П., Гайсина Е.Ф., Иванова О.В., Горбунова Н.П. Создание эффективного биоматериала на основе допированных карбонат-фосфатов кальция. Материалы конференции «Фармация и общественное здоровье». Екатеринбург, 18—19 февраля 2008. С. 185—187.
2. Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. М.: Наука, 2005. 206 с.
3. Королёва Л.Ф. Нанодисперсные дегидрированные карбонат-фосфаты кальция // Неорганические материалы. 2010. Т. 10. № 4. С. 465—472.
INVESTIGATION OF SAFETY AND EFFECTIVENESS OF NEW DOPED NANOCRYSTALLIZED MATERIALS
M.N. Dobrinskaya, L.P. Larionov, L.F. Koroleva, M.K. Duplyakin
Ural State Medical University
Department of pharmacology and clinical pharmacology Repina str., 3, Ekaterinburg, Russia, 620028
The present study of this research has focused on the effectiveness and safety of new doped nano-crystallized hydrox-yapatite.
Key words: doped nano-crystallized hydroxyapatite, laboratory animals, research methods.
REFERENCES
1. Koroljova L.F., Larionov L.P., Gajsina E.F., Ivanova O.V., Gorbunova N.P. Sozdanie jeffektivnogo bioma-teriala na osnove dopirovannyh karbonat-fosfatov kal'cija.
Materialy konferencii «Farmacija i obshhestvennoe zdo-rov'e». Ekaterinburg, 18—19 fevralja 2008. pp. 185—187.
2. Barinov S.M., Komlev V.S. Biokeramika na osnove fosfatov kal'cija. Moscow: Nauka, 2005. 206 p.
3. Koroljova L.F. Nanodispersnye degidrirovannye karbonat-fosfaty kal'cija. Neorganicheskie materialy, 2010, vol. 10, no. 4, pp. 465—472.
