Антиадгезивное и антимикробное действие покрытия из оксида титана с кристаллической структурой анатаз в экспериментах in vitro для имплантируемых медицинских изделий
Authors: В.Н. Царев , М.С. Подпорин , Т.В. Царева , В.В. Царева , М.Г. Козодаев , Е.В. Ипполитов 
Published: November 2024

Совокупность прочностных характеристик титановых сплавов, в частности Ti6Al4V, и выраженные биоактивные свойства покрытия из оксида титана представляют значительный интерес для их совместного использования в медицинских конструкциях, что обусловливает необходимость изучения их антиадгезивных и антимикробных свойств. Приоритетное значение данная проблема приобретает при протезировании суставов (тазобедренного, коленного), сложном протезировании в челюстно-лицевой области (при огнестрельных и осколочных ранениях), а также при ортопедической коррекции после хирургических операций головы и шеи. Цель исследования — определение адгезии микроорганизмов к образцам титанового сплава Ti6Al4V ELI (стандарт ASTM F136) с различной обработкой поверхности, в том числе с покрытием из оксида титана с кристаллической структурой анатаз, полученного методом атомно-слоевого осаждения. Изучены свойства образцов из титанового сплава Ti6Al4V с различными видами обработки поверхности, включающей нанесение покрытия TiO2 с кристаллической структурой анатаз (образцы подготовлены ООО «КОНМЕТ», Москва), которые рассматриваются как вероятные кандидаты для проведения сложного ортопедического лечения пациентов различного профиля (в частности с использованием дентальных имплантатов и искусственных суставов). Использованы микробиологические и молекулярно-биологические методы, которые позволяют количественно оценить показатели микробной адгезии in vitro к исследуемым образцам. Впервые получены результаты сравнительной оценки степени адгезии санитарно-значимых микроорганизмов (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans) и анаэробных бактерий (Actinomyces israelii, Porphyromonas gingivalis, Fusobacterium necroforum) к образцам из титанового сплава Ti6Al4V с покрытием из оксида титана с кристаллической структурой анатаз, полученного методом атомно-слоевого осаждения. Наиболее низкие значения адгезии для большинства тестируемых микроорганизмов, включая пародонтопатогенные виды анаэробных бактерий и дрожжевых грибов рода Candida, выявлены при использовании образцов из сплава Ti6Al4V с покрытием TiO2 c кристаллической структурой анатаз, что можно трактовать как бактерицидные и фунгицидные свойства данного покрытия.

The combination of strength characteristics of titanium alloys, in particular Ti6Al4V, as well as the pronounced bioactive properties of titanium oxide coatings are of significant interest for their joint use in medical structures, which makes necessary to examine their anti-adhesive and antimicrobial properties. This problem takes priority in prosthetics of joints (hip, knee), complex prosthetics in the maxillofacial region (for gunshot and shrapnel wounds), as well as in orthopedic correction after head and neck surgery. Purpose of the study — determination of adhesion of microorganism strains to samples of titanium alloy Ti6Al4V ELI (ASTM F136 standard) with various types of the surface treatment, including titanium oxide coating with an anatase crystalline structure obtained via atomic layer deposition. . Properties of titanium alloy Ti6Al4V samples with various types of surface treatment, including the growth of a TiO2 coating with an anatase crystalline structure (samples prepared by CONMET LLC, Moscow), were studied, which are considered as likely candidates for complex orthopedic treatment of patients of various profiles (in particular, using dental implants and artificial joints). Microbiological and molecular biological methods were used, which make it possible to quantify the indicators of microbial adhesion in vitro to the test samples. . For the first time, the results of a comparative assessment of adhesion degree of sanitary-important microorganisms (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans) and anaerobic bacteria (Actinomyces israelii, Porphyromonas gingivalis, Fusobacterium necroforum) to samples made of Ti6Al4V alloy with titanium oxide anatase coating have been obtained. . The lowest adhesion values for all tested strains of microorganisms, including periodontal pathogenic species of anaerobic bacteria and yeast fungi of the genus Candida, were detected when using Ti6Al4V alloy samples covered with a TiO2 anatase coating, which can be interpreted as the bactericidal and fungicidal properties of this coating.