Озон как эффективный компонент комбинированной технологии стерилизации костных имплантатов

ОЗОН КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ КОМПОНЕНТ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОСТНЫХ ИМПЛАНТАТОВ

19 9 1

В.В. Розанов , , И.В. Матвейчук , И.В. Пантелеев , А.П. Черняев

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений, НИЦ БМТ, Москва 3ООО «ВИП-ОЗОН», Киров

Abstract

The aim of the work is the optimization of the combined technology of bone implant sterilization based on the combination of ozone and radiation treatment in a single production process. It is shown that the separate treatment of bone samples or only ozone-air mixture, or only radiation exposure to these parameters do not provide a complete 100% sterility of bone material, and their combined use provides reliable sterilization for sequential treatment of ozone-air mixture with a concentration of 6-8 mg/l for 10-20 minutes and subsequent radiation exposure with the absorbed dose, starting from 11 kGy. In this case, there is no negative impact on the morphology of the samples, the functional potential of morphogenetic proteins and osteoinductive properties of bone material.

Key words: tissue allografts, sterilization, ozone, irradiation

Цель работы - оптимизация комбинированной технологии стерилизации костных имплантатов на основе сочетания в едином производственном процессе озоновой и радиационной обработки. Показано, что раздельная обработка костных образцов либо только озоно-воздушной смесью, либо только радиационным воздействием с указанными параметрами не обеспечивают полной 100% стерильности костного материала, а их совместное использование обеспечивает надежную стерилизацию при последовательной обработке озоно-воздушной смесью с концентрацией 6-8 мг/л в течение 10-20 мин и последующим радиационным облучением с величиной поглощенной дозы, начиная уже с 11 кГр. При этом не оказывается негативное воздействие на морфологию образцов, функциональный потенциал морфогенетических белков и остеиндуктивные свойства костного материала.

Ключевые слова: костные импланты, стерилизация, озон, радиация

Одной из самых распространенных сегодня технологий стерилизации биоимплантатов является радиационная обработка у-излучением или потоком быстрых электронов [1]. При этом главной характеристикой такого воздействия является доза поглощения, которая и определяет эффективность подавления разнообразных патогенов. В России (как и во многих других странах) в качестве «стандартной» принята доза в 25 кГр. Эта величина согласуется и с

рекомендациями МАГАТЭ, однако в некоторых странах существуют другие нормативы (30 кГр и даже более). Такой подход отражает стремление обеспечить высокую стерильность биоматериала. В то же время известно, что чем выше доза поглощения - тем сильнее радиационная стерилизация влияет на изменение свойств биоимплантатов. Исследования [2] показывают, что, уже начиная с 15 кГр, возникают существенные изменения в структуре материала, связанные, например, с продольным расщеплением коллагеновых пучков. Кроме того высокие дозы могут приводить к повреждению морфогенетических белков и, как следствие, - к существенному ухудшению остеоиндуктивных свойств костного имплантата.

Ранее уже предлагалось решение этой проблемы в виде двухэтапной обработки образцов - сначала водным раствором определенной комбинации реактивов в течение суток с последующей радиационной стерилизацией с дозой 12 кГр [3]. Однако предложенный способ вызывает много вопросов и замечаний. Задача настоящего исследования - оптимизация комбинированной технологии стерилизации костных имплантатов на основе сочетания в едином производственном процессе озоновой [4] и радиационной обработки.

Материалы и методы

В качестве экспериментального костно-пластического материала были использованы фрагменты диафиза бедренной кости быка, из которых механически вырезались образцы прямоугольной формы с размерами 6х8х18 мм. В исходном состоянии все образцы были контаминированы смешанной микрофлорой. Для получения озоно-воздушной смеси использовался генератор медицинского озона типа А-с-ГОКСф-5-02-ОЗОН, измеритель концентрации озона ИКО - 50 (Россия, г. Киров, ОАО «Электромашиностроительный завод «Лепсе»), а также концентратор кислорода Vision Aire (США). Облучение образцов проводилось в НИИЯФ МГУ им. М.В.Ломоносова на линейном ускорителе электронов непрерывного действия на энергию 1 МэВ с мощностью пучка до 25 кВт. Для контроля дозы использовались пленочные детекторы-дозиметры СО ПД(Ф)Р-5/50 (ГСО 7865-2000). Микробиологические исследования стерильности образцов осуществлялись на базе совместной лаборатории биомедицинских технологий в НИЦ БМТ ВИЛАР с использованием тиогликолевой среды (на наличие аэробных и анаэробных бактерий) и среды Сабуро (на наличие микроскопических грибов). Инкубация образцов проводилась в пробирках в течение 14 суток при температуре 260С на среде Сабуро и 37 0 С на тиогликолевой среде.

Результаты и обсуждение

Проведенные исследования показали, что контрольные образцы, а также образцы, подвергавшиеся только озоновой или только радиационной обработке не удовлетворяли необходимой степени стерильности и показали наличие обсемененности на 3-14 сутки хотя бы на одной из культуральных сред.

Полную стерильность на обеих культуральных средах через 14 суток эксперимента продемонстрировали только образцы, подвергавшиеся комбинированному воздействию - последовательной обработке озоно-

воздушной смесью с концентрацией 6-8 мг/л в течение 10-20 мин и радиационному облучению с величинами поглощенных доз - 11, 15 и 27 кГр

Заключение

Таким образом, показано, что раздельная обработка костных образцов либо только озоно-воздушной смесью, либо только радиационным воздействием с указанными параметрами не обеспечивают полной 100% стерильности костного материала, а их совместное использование обеспечивает надежную стерилизацию при последовательной обработке озоно-воздушной смесью с концентрацией 6-8 мг/л в течение 10-20 мин и последующим радиационным облучением с величиной поглощенной дозы, начиная уже с 11 кГр, при этом не оказывается негативное воздействие на морфологию образцов, функциональный потенциал морфогенетических белков и остеиндуктивные свойства костного материала.

При этом в упомянутом выше [3] способе комбинированной стерилизации на первом этапе используется длительная (около суток) обработка костных фрагментов в водном растворе смеси специальных реагентов, что связано с необходимостью последующей тщательной сушки образцов, а затем и их глубокого вымораживания, т.к. присутствие воды в костной ткани может приводить к нежелательным побочным процессам гидролиза при радиационном воздействии. В технологии, разработанной в настоящем исследовании [5], для первоначальной обработки костных имплантатов применено озоновое воздействие. Именно озон позволяет преодолеть указанные выше недостатки и обеспечить значительное ослабление популяции патогенов, приводящее к снижению их радиорезистенции и, таким образом, к повышению эффективности последующей радиационной обработки даже при вдвое меньшей величине дозы поглощения.

Список литературы

1. Singh R, Singh D, Singh A. Radiation sterilization of tissue allografts: A review // World Journal of Radiology. 2016. Vol. 8, №4. P. 355-369.

2. Шангина О.Р., Нигматуллин Р.Т. Влияние радиационной стерилизации на структуру и свойства биоматериалов // Морфология. 2006. Т. 129. С. 44-47.

3. Савельев В.И., Булатов А.А., Рыков Ю.А. Комбинированный способ стерилизации костных трансплантатов. Патент РФ № 2356224. 2009. Бюлл. №15 .

4. Пантелеев В.И., Розанов В.В., Матвейчук И.В. с соавт. Медицинские озоновые технологии. Новые задачи, возможности, оборудование // Биомедицинская радиоэлектроника. 2013. №2. С. 3-11.

5. Матвейчук И.В., Розанов В.В., Гордонова И.К., Никитина З.К., Сидельников Н.И., Литвинов Ю.Ю., Николаева А.А., Черняев А.П., Пантелеев И.В. Комбинированный способ стерилизации костных имплантатов. Патент РФ № 2630464. 2017. Бюлл. №25.