Оценка токсического влияния сплавов никелида титана с серебром на гематологический профиль лабораторных животных

Введение. Биомедицинские имплантаты находятся в стадии активных исследований. Никелид титана (NiTi) является уникальным сплавом, широко известным благодаря своим свойствам, таким как биосовместимость, прочность, пластичность. Несмотря на преимущества NiTi, его применение ограничено потенциальными рисками, связанными с аномальной реакцией тканей. В связи с этим усилия направлены на улучшение биосовместимости NiTi и снижение его токсичности.

Цель исследования — выявить потенциальные изменения гематологических показателей, оценить острую, подострую и хроническую токсичность, связанную с воздействием сплавов NiTi с включением серебра (Ag).

Материалы и методы. Исследование проводилось в рамках открытого рандомизированного контролируемого эксперимента длительностью 9 мес. Объектом изучения служили образцы порошка NiTi с добавлением Ag (образец 0,5 % Ag). В качестве контроля использовался порошок NiTi без добавления Ag. Проводилось исследование острой, подострой, субхронической и хронической системной токсичности, изучение гематологического профиля на лабораторных крысах.

Результаты. При оценке состояния лабораторных животных после проведения теста по определению острой токсичности ни в одной группе за все время наблюдения не зарегистрированы гибель животных и неблагоприятные клинические признаки. Аналогично при изучении показателей общего анализа крови через 28 дней, 3, 6 и 9 мес. после внутримышечного подшивания образцов не выявлены воспалительные изменения, но отмечается противовоспалительная активность имплантата.

Заключение. Оценка острой, подострой, субхронической и хронической токсичности NiTi не выявила гибели животных или неблагоприятных клинических признаков, указывающих на общее токсическое воздействие после подшивания образцов NiTi с Ag. В результате динамической оценки параметров общего анализа крови не выявлены изменения, характерные для токсического воздействия сплава на гемопоэз.

1. Shamanaeva L, Diachkova E, Petruk P, Polyakov K, Cherkesov I, Ivanov S. Titanium nickelide in midface fractures treatment. Journal of Functional Biomaterials. 2020;11(3):52. DOI: https://doi.org/10.3390/jfb11030052.

2. Al-Shalawi FD, Ariff AHM, Jung DW, Ariffin MKAM, Kim CLS, Brabazon D, et al. Biomaterials as implants in the orthopedic field for regenerative medicine: Metal versus synthetic polymers. Polymers. 2023; 15(12):2601. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15122601.

3. Mukhamadiyarov RA, Bogdanov LA, Mishinov SV, Kutikhin AG. A novel technique for preparation, staining, and visualization of tissue with metal implants and extraskeletal calcification areas. Modern Technologies in Medicine. 2021;12(4):13–20. (In Russ., Eng.). DOI: https://doi.org/10.17691/stm2020.12.4.02.

4. Naujokat H, Gökkaya AI, Açil Y, Loger K, Klüter T, Fuchs S, et al. In vivo biocompatibility evaluation of 3D-printed nickel-titanium fabricated by selective laser melting. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2022;33(2):13. DOI: https://doi.org/10.1007/s10856-022-06641-y.

5. Miličić Lazić M, Majerič P, Lazić V, Milašin J, Jakšić M, Trišić D, et al. Experimental investigation of the biofunctional properties of nickel-titanium alloys depending on the type of production. Molecules. 2022; 27(6):1960. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27061960.

6. Dadafarin H, Konkov E, Vali H, Ali I, Omanovic S. Modification of 316L stainless steel, nickel titanium, and cobalt chromium surfaces by irreversible immobilization of fibronectin: Towards improving the coronary stent biocompatibility. Molecules. 2024;29(20):4927. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules29204927.

7. Witkowska J, Sobiecki J, Wierzchoń T. Advancements in surface modification of NiTi alloys for orthopedic implants: Focus on low-temperature glow discharge plasma oxidation techniques. International Journal of Molecular Sciences. 2025;26(3):1132. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms26031132.

8. Zheravin AA, Gyunter VE, Anisenya II, Garbukov EY, Zhamgaryan GS, Bogoutdinova AV. Reconstruction of the chest wall using titanium nickelid for cancer patients. Siberian Journal of Oncology. 2015;1(3):31–37. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/TXORLZ.

9. Aihara H, Zider J, Fanton G, Duerig T. Combustion synthesis porous nitinol for biomedical applications. International Journal of Biomaterials. 2019;2019:4307461. DOI: https://doi.org/10.1155/2019/4307461.

10. Ayers RA, Simske SJ, Bateman T, Petkus A, Sachdeva R, Gyunter V. Effect of nitinol implant porosity on cranial bone ingrowth and apposition after 6 weeks. Journal of Biomedical Materials Research. 1999;45(1):42–47. DOI: https://doi.org/10.1002/(sici)1097-4636(199904)45:1<42::aid-jbm6>3.0.co;2-q.

11. Toker SM, Orhan EO, Beklen A. Nickel ion release and surface analyses on instrument fragments fractured beyond the apex: A laboratory investigation. BMC Oral Health. 2023;23:703. DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-023-03434-9.

12. Anderson JM, Rodriguez A, Chang DT. Foreign body reaction to biomaterials. Seminars in Immunology. 2008;20(2):86–100. DOI: https://doi.org/10.1016/j.smim.2007.11.004.

13. Pant B, Pokharel P, Tiwari AP, Saud PS, Park M, Ghouri ZK, et al. Characterization and antibacterial properties of aminophenol grafted and Ag NPs decorated graphene nanocomposites. Ceramics International. 2015;41(4):5656–5662. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.12.150.

14. Xu WP, Zhang LC, Li JP, Lu Y, Li HH, Ma YN, et al. Facile synthesis of silver@graphene oxide nanocomposites and their enhanced antibacterial properties. Journal of Materials Chemistry. 2011;21(12):4593–4597. DOI: https://doi.org/10.1039/c0jm03376f.

15. Bai RG, Muthoosamy K, Shipton FN, Pandikumar A, Rameshkumar P, Huang NM, et al. The biogenic synthesis of a reduced graphene oxide-silver (RGO-Ag) nanocomposite and its dual applications as an anti-bacterial agent and cancer biomarker sensor. RSC Advances. 2016;6(43):36576–36587. DOI: https://doi.org/10.1039/c6ra02928k.

16. Sedki M, Mohamed MB, Fawzy M, Abdelrehim DA, Abdel-Mottaleb MM. Phytosynthesis of silver-reduced graphene oxide (Ag-RGO) nanocomposite with an enhanced antibacterial effect using Potamogeton pectinatus extract. RSC Advances. 2015;5(22):17358–17365. DOI: https://doi.org/10.1039/C4RA13117G.

17. Baigonakova GA, Marchenko ES, Gordienko II, Larikov VA, Volinsky AA, Prokopchuk AO. Biocompatibility and antibacterial properties of NiTiAg porous alloys for bone implants. ACS Omega. 2024;9(24):25638– 25645. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.3c08163.

18. Abdallah OM, Sedky Y, Shebl HR. Comprehensive evaluation of the antibacterial and antibiofilm activities of NiTi orthodontic wires coated with silver nanoparticles and nanocomposites: An in vitro study. BMC Oral Health. 2024;24(1):1345. DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-05104-w.

19. Srivastava AK, Snapper DM, Zheng J, Yildrim BS, Srivastava S, Wood SC. Examining the role of nickel and NiTi nanoparticles promoting inflammation and angiogenesis. Journal of Immunotoxicology. 2022; 19(1):61–73. DOI: https://doi.org/10.1080/1547691X.2022.2080307.

20. Foy BH, Petherbridge R, Roth MT, Zhang C, De Souza DC, Mow C, et al. Haematological setpoints are a stable and patient-specific deep phenotype. Nature. 2025;637(8045):430–438. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08264-5.

21. Scharf P, Broering MF, Oliveira da Rocha GH, Farsky SHP. Cellular and molecular mechanisms of environmental pollutants on hematopoiesis. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(19):69–96. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21196996.

22. Henderson VC, Kimmelman J, Fergusson D, Grimshaw JM, Hackam DG. Threats to validity in the design and conduct of preclinical efficacy studies: A systematic review of guidelines for in vivo animal experiments. PLoS Medicine. 2013;10(7):e1001489. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1001489.

23. Marchenko ES, Dubovikov KM, Baigonakova GA, Gordienko II, Volinsky AA. Surface structure and properties of hydroxyapatite coatings on NiTi substrates. Coatings. 2023;13(4):722. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings13040722.

24. Marchenko ES, Baigonakova GA, Dubovikov KM, Kokorev OV, Gordienko II, Chudinova EA. Properties of coatings based on calcium phosphate and their effect on cytocompatibility and bioactivity of titanium nickelide. Materials. 2023;16(7):2581. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16072581.

25. Moreno DAN, Saladini MS, Viroel FJM, Dini MMJ, Pickler TB, Amaral Filho J, et al. Are silver nanoparticles useful for treating second-degree burns? An experimental study in rats. Advanced Pharmaceutical Bulletin. 2021;11(1):130–136. DOI: https://doi.org/10.34172/apb.2021.014.

26. Vilella T, Rodríguez D, Fargas G. Additive manufacturing of Ni-free Ti-based shape memory alloys: A review. Biomaterials Advances. 2024;158:213774. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2024.213774.

27. Gordienko II, Marchenko ES, Borisov SA, Chernyy SP, Tsap NA, Shishelova AA, et al. Experimental study of the corrosive and biocompatible properties of bioresorbable Mg-Ca-Zn alloy implants. Ural Medical Journal. 2024;23(1):77–89. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.52420/2071-5943-2024-23-1-77-89.