Опыт разработки погружных изделий для остеореконструкции с эффектом памяти формы и антибактериальной активностью на основе полилактида / гидроксиапатита

Введение. На основании результатов оценки механических и прочностных характеристик и изучения различных аспектов биологической активности композиционный материал на основе полилактида и гидроксиапатита (ПЛА / ГА) рассматривается как перспективный компонент имплантатов с эффектом памяти формы для остеореконструктивных операций.

Цель исследования – оценка характера реакции организма лабораторных животных на имплантацию образцов изделий на основе ПЛА / ГА, а также перспективы их использования в качестве платформы для локального введения антибактериальных средств.

Материалы и методы. Экспериментальные образцы были изготовлены в виде хирургических скоб из композиционного материала ПЛА / ГА с содержанием гидроксиапатита 15 % массовой доли примесей в виде игольчатых наночастиц 90 нм. Для изучения биосовместимости и биодеградации in vivo скобы имплантировали мышам подкожно. Через 50 дней образцы извлекали, оценивали изменение их массы и изучали гистологические срезы тканей в области контакта с имплантатами. Для изучения перспектив использования ПЛА / ГА в качестве платформы для локальной доставки антибактериального препарата на поверхность образцов наносили 35 мкг смеси амоксициллина / клавулановой кислоты с последующей промывкой. Нагруженные образцы помещали на поверхность агара Мюллера–Хинтон, засеянного Escherichia coli и Staphylococcus aureus. Через 20 ч инкубации оценивали наличие зон ингибирования колониеобразования вокруг образцов и дисков.

Результаты. Реализацию эффекта памяти формы осуществляли нагреванием образцов, вследствие чего наблюдали смыкание исходно незамкнутых скоб для фиксации. Несмотря на то что не удалось установить достоверного изменения массы образцов за время их нахождения в теле животных, гистологическое исследование окружающих тканей выявило признаки их начальной биодеградации in vivo. Не было обнаружено массовой инфильтрации тканей контактной области клетками воспаления, характерными для острой воспалительной реакции. Однако в некоторых образцах наблюдались единичные гигантские клетки инородных тел и одиночные макрофаги, лимфоциты и нейтрофилы. Микробиологические исследования показали эффект торможения роста колоний E. coli и S. aureus вокруг образцов.

Заключение. Полученные результаты доказали биосовместимость ПЛА / ГА с содержанием ГА 15 % массовой доли примесей, поскольку его имплантация не индуцировала развития острой реакции воспаления или отторжения у экспериментальных животных. Кроме того, было показано, что изделия из этого материала могут быть использованы в качестве платформы для локальной доставки антибактериальных средств.

1. Wei Zh., Long Ch., Yu Zh. Surprising shape-memory effect of polylactide resulted from toughening by polyamide elastomer. Polymer 2009;50(5):1311–5. DOI: 10.1016/j.polymer.2009.01.032

2. Alhulaybi Z.A. Fabrication and characterization of poly(lactic acid)-based biopolymer for surgical sutures. Chem Engineering 2023;7:98. DOI: 10.3390/chemengineering7050098

3. Tümer E.H., Erbil H.Y., Akdoǧan N. Wetting of superhydrophobic polylactic acid micropillared patterns. Langmuir 2022;38(32):10052–64. DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c01708

4. Aworinde A.K., Adeosun S.O., Oyawale F.A. et al. Comparative effects of organic and inorganic bio-fillers on the hydrophobicity of polylactic acid. Results in Engineering 2020;5:100098. DOI: 10.1016/j.rineng.2020.100098

5. Ilavenil S., Kim D.H., Valan A. et al. Phenyllactic acid from lactobacillus plantarum promotes adipogenic activity in 3T3-L1 adipocyte via up-regulation of PPAR-γ2. Molecules 2015;20:15359–73. DOI: 10.3390/molecules200815359

6. Senatov F.S., Zadorozhnyy M.Yu., Niaza K.V. et al. Shape memory effect in 3D-printed scaffolds for self-fitting implants. Europ Polymer J 2017;93(4):222–31. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2017.06.011

7. Качалина П.М., Ковалева П.А., Черемных А.И. и др. Биологические аспекты применения композиционных материалов на основе полилактида в ортопедии. Российский биотерапевтический журнал 2025;24(1):78–86. DOI: 10.17650/1726-9784-2025-24-1-78-86

8. Анисимова Н.Ю., Корнюшенков Е.А., Гаранин Д.В. и др. Прикладные аспекты разработки имплантатов с памятью формы для артродеза. Российский ветеринарный журнал 2025;1:6–13. DOI: 10.32416/2500-4379-2025-1-6-13

9. Caplin J.D., García A.J. Implantable antimicrobial biomaterials for local drug delivery in bone infection models. Acta Biomater 2019;93:2–11. DOI: 10.1016/j.actbio.2019.01.015

10. Bil M., Heljak M., Swieszkowski W. Development of drug-releasing shape-memory polyurethane/hydroxyapatite composites – smart biomaterial for bone tissue implants. Front Bioeng Biotechnol 2016;4. Conference Abstract: 10th World Biomaterials Congress. DOI: 10.3389/conf.FBIOE.2016.01.00732

11. Kim J.O., Kabanov A.V., Bronich T.K. Polymer micelles with cross-linked polyanion core for delivery of a cationic drug doxorubicin. J Control Release 2009;138(3):197–204. DOI: 10.1016/j.jconrel.2009.04.019

12. Wang Z., Wang Y., Ito Y. et al. A comparative study on the in vivo degradation of poly(L-lactide) based composite implants for bone fracture fixation. Sci Rep 2016;6:20770. DOI: 10.1038/srep20770

13. Zhang B., Wang L., Song P. et al. 3D printed bone tissue regenerative PLA/HA scaffolds with comprehensive performance optimizations. Materials & Design 2021;201(1):109490. DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109490

14. Nonhoff M., Puetzler J., Hasselmann J. et al. The potential for foreign body reaction of implanted poly-L-lactic acid: a systematic review. Polymers (Basel) 2024;16(6):817. DOI: 10.3390/polym16060817

15. Майбородин И.В., Кузнецова И.В., Шевела А.И. и др. Тканевые реакции при использовании имплантатов из полимеров молочной кислоты. Морфология 2014;146(4):78–89. DOI: 10.17816/morph.398790

16. Ткаченко А.Н., Эльсан-Уль-Хак, Корнеенков А.А. и др. Прогноз инфекционных осложнений в зоне операции при металлоостеосинтезе длинных трубчатых костей. Политравма 2018;1(11):17–25.