Биологическое тестирование in vivo титановых сплавов с добавлением редкоземельных элементов для оценки возможности их использования в медицинских изделиях
Автор: Анохин А.С., Кононович Н.А., Шастов А.Л., Горбач Е.Н., Ермакова Е.А., Кирсанкин А.А., Чувикина М.С., Лукьянов А.С., Стрельникова С.С., Шипицына И.В., Киреева Е.А., Тушина Н.В.
Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii
Рубрика: Оригинальные статьи
Статья в выпуске: 2 т.32, 2026 года.
Бесплатный доступ
Введение. Медицинские имплантируемые изделия для травматологии и ортопедии часто изготавливают из титана и его сплавов. Улучшить их физико-химические характеристике, в том числе замедлить процессы коррозии, можно путем добавления редкоземельных элементов.Цель работы - на экспериментальной модели подкожной имплантации in vivo оценить безопасность новых материалов на основе сплава титана Ti6Al7Nb, легированного иттрием, лантаном и церием.Материалы и методы. Крысам-самцам линии Вистар подкожно имплантировали образцы из титана и титановых сплавов: ВТ1-00 (контроль, n = 10); Ti6Al7Nb0,3Y (группа 1, n = 12); Ti6Al7Nb0,3La (группа 2, n = 12); Ti6Al7Nb0,3Се (группа 3, n = 12). Срок эксперимента - 28 суток. Оценивали общее состояние, поведенческие реакции животных, визуально отмечали область имплантации. Регистрировали массу и общую температуру тела, локальную температуру в области имплантации. Проводили гематологический и биохимический анализ крови, анатомическим методом оценивали внутренние органы и состояние тканей вокруг имплантата.Результаты. Во всех группах общее состояние, поведенческие реакции, масса тела, общая температура тела и локальная температура, а также ткани вокруг имплантатов патологически не изменялись, заживление кожной раны происходило первичным натяжением. Выявлено положительное влияние изучаемых редкоземельных элементов на репаративные процессы при заживлении кожной раны. В контрольной группе и группе 1 органы сохраняли нормальные размеры, цвет и анатомическую структуру. В группе 1 был незначительно повышен уровень эритроцитов и увеличена концентрация веществ низкой и средней молекулярной массы. В группах 2 и 3 выявляли изменения анатомических характеристик печени, почек и селезенки, в сыворотке крови повышалось АСТ и ЛДГ, снижался уровень С-реактивного белка, увеличивалась доля нейтрофилов, снижалось количество лимфоцитов. В группе 2 снижался уровень глюкозы, а в группе 3 повышались показатели глюкозы и мочевины.Обсуждение. При подкожной имплантации в течение одного месяца иттрий (Y), лантан (La) и церий (Ce) по 0,3 % мас. % в сплавах титана состава Ti6Al7Nb не оказывали негативного влияния на общее состояние, процессы терморегуляции, сердечно-сосудистую систему и репродуктивные органы крыс-самцов. Сплав титана, легированный иттрием (Y), оказывал на организм токсическое действие компенсаторного характера. Сплавы титана, легированные лантаном (La) и церием (Се), оказывали гепатотоксический и нефротоксический эффекты, нарушалась функция селезенки. Полученные результаты согласуются с известными литературными данными.Заключение. В созданных условиях безопасными можно считать материалы с добавлением иттрия и контрольные образцы. Материалы с добавлением лантана и церия при имплантации в живой организм вызывают настороженность, в связи с чем требуется более продолжительное исследование с применением гистологических методов.
Травматология и ортопедия, имплантат, сплав титана, коррозия, иттрий, лантан, церий, эксперимент in vivo, безопасность медицинских изделий
Короткий адрес: https://sciup.org/142247832
IDR: 142247832 | УДК: [616.71/.74-77:669.295]-092.9 | DOI: 10.18019/1028-4427-2026-32-2-225-236
In vivo biological testing of titanium alloys with added rare earth elements to assess their possible use in medical products
Introduction Medical implants for treating injuries and orthopedic diseases are often made of titanium and its alloys. Their physicochemical properties, including corrosion inhibition, can be improved by adding rare earth elements.The aim of this study was to evaluate the safety of new materials based on the titanium alloy Ti6Al7Nb doped with yttrium, lanthanum, and cerium using an experimental in vivo subcutaneous implantation model.Materials and Methods Male Wistar rats were subcutaneously implanted with titanium and titanium alloy samples: VT1-00 (control, n = 10); Ti6Al7Nb0.3Y (group 1, n = 12); Ti6Al7Nb0.3La (group 2, n = 12); Ti6Al7Nb0.3Ce (group 3, n = 12). The experiment lasted 28 days. The animals' general condition and behavioral responses were assessed, and the implantation area was visually marked. Body weight, body temperature, and local temperature at the implantation site were recorded. Hematological and biochemical blood tests were performed, and internal organs and peri-implant tissue condition were anatomically assessed.Results In all groups, general condition, behavioral responses, body weight, body temperature, and peri-implant tissue temperature were normal, and skin wound healing occurred by primary intention. A positive effect of the rare earth elements studied was observed on reparative processes during skin wound healing. In the control group and group 1, organs retained normal size, color, and anatomical structure. In group 1, red blood cell counts were slightly elevated, along with increased concentrations of low- and medium-molecular-weight substances. In groups 2 and 3, changes in the anatomical characteristics of the liver, kidneys, and spleen were determined. Serum AST and LDH levels increased, C-reactive protein levels decreased, the proportion of neutrophils increased, and the lymphocyte count decreased. Glucose levels decreased in group 2, while glucose and urea levels increased in group 3.Discussion Subcutaneous implantation of yttrium (Y), lanthanum (La), and cerium (Ce) at 0.3 % wt. each in titanium alloys of Ti6Al7Nb composition for one month had no negative impact on the general condition, thermoregulation, cardiovascular system, or reproductive organs of male rats. The titanium alloy doped with yttrium (Y) had a compensatory toxic effect on the body. Titanium alloys doped with lanthanum (La) and cerium (Ce) exhibited hepatotoxic and nephrotoxic effects and impaired spleen function. The results obtained are consistent with existing literature data.Conclusion Under the conditions created, yttrium-doped materials and control samples can be considered safe. Materials doped with lanthanum and cerium raise concerns when implanted in vivo, requiring a longer-term study using histological methods.
