vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-801Research ArticleОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕRESEARCH ARTICLEОсобенности взаимодействия in vitro остеобластоподобных клеток MG-63 с поверхностью сплавов системы Ti-ZrNb, обладающих памятью формыThe interaction peculiarities in vitro OF osteoblast-like cells mg-63 with surface of Ti-Zr-Nb shape memory alloyСолдатенкоА. С.SoldatenkoA. S.

Солдатенко Анна Сергеевна — студент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ.

119234, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.:  8-495-939-13-65

Department of Bioengineering Lomonosov MSU.

Leninskiye Gory, Moscow, 119234

an.soldatencko@yandex.ruКарачевцеваМ. А.KarachevtsevaM. A.

Карачевцева Маргарита Алексеевна — студент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ.

119234, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.:  8-495-939-13-65

Department of Bioengineering Lomonosov MSU.

Leninskiye Gory, Moscow, 119234

margarita.karachevtseva@gmail.comШереметьевВ. А.SheremetyevV. A.

Шереметьев Вадим Алексеевич — кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, доцент кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС».

119049, Москва, Ленинский проспект, д. 4, тел.:  8-495-638-44-05

Leninsky Prospect 4, Moscow, 119049

sheremetyev@misis.ruКудряшоваА. А.KudryashovaA. A.

Кудряшова Анастасия Александровна — аспирант НИТУ «МИСиС», инженер Научно-образовательного Центра «Наноматериалов и нанотехнологий» НИТУ «МИСиС».

119049, Москва, Ленинский проспект, д. 4, тел.:  8-495-95500-32

Leninsky Prospect 4, Moscow, 119049

kudryashova@misis.ruАрхиповаА. Ю.ArkhipovaA. Yu.

Архипова Анастасия Юрьевна — кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории конфокальной микроскопии биологического факультета МГУ, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории ГБУЗ МО «МОНИКИ имени М.Ф. Владимирского».

Laboratory of Confocal Microscopy, Faculty of Biology Lomonosov MSU.

Leninskiye Gory, Moscow, 119234; Schepkina ul. 61/2, Moscow, 129110

anastasia-yu-arkhipova@yandex.ruАндреевВ. А.AndreevV. A.

Андреев Владимир Александрович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории пластической деформации металлических материалов ИМЕТ РАН.

119334, Москва, Ленинский проспект, д. 49, тел.:  8- 499-135-86-51

Leninsky Prospect 49, Moscow, 119334

andreev.icmateks@gmail.comПрокошкинС. Д.ProkoshkinS. D.

Прокошкин Сергей Дмитриевич — доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС».

119049, Москва, Ленинский проспект, д. 4, тел.:  8-495-638-44-05

Leninsky Prospect 4, Moscow, 119049

prokoshkin@tmo.misis.ruБраиловскийВ.BrailovskiV.

Браиловский Владимир — кандидат технических наук, профессор Высшей технологической школы.

1100, Montreal, Rue Notre-Dame Ouest, QC H3C 1K3, тел.:  +1-514-396-85-94

1100 Rue Notre-Dame Ouest, Montmal, QC H3C 1K3

vbrailovski@mec.etsmtl.caМойсеновичМ. М.MoisenovichM. M.

Мойсенович Михаил Михайлович — кандидат биологических наук, заведующий лабораторией конфокальной микроскопии биологического факультета МГУ.

119234, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.:  8-495-939-13-65

Laboratory of Confocal Microscopy, Faculty of Biology Lomonosov MSU.

Leninskiye Gory, Moscow, 119234

mmoisenovich@mail.ruШайтанК. В.ShaitanK. V.

Шайтан Константин Вольдемарович — доктор физико-математических наук, профессор кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ.

119234, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.:  8-495-939-23-74

Department of Bioengineering Lomonosov MSU.

Leninskiye Gory, Moscow, 119234

shaytan49@yandex.ruМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational Research Technological University «MISiS»Russian FederationМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Московский областной научно-исследовательский клинический институт имени М.Ф. ВладимирскогоРоссияLomonosov Moscow State University; M.F. Vladimirsky Moscow Regional Research and Clinical Institute «MONIKI»Russian FederationИнститут металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова, РАНРоссияA.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of SciencesRussian FederationEcole de Technologie superieureКанадаEcole de Technologie SuperieureCanada201913122019744313–320Copyright © Солдатенко А.С., Карачевцева М.А., Шереметьев В.А., Кудряшова А.А., Архипова А.Ю., Андреев В.А., Прокошкин С.Д., Браиловский В., Мойсенович М.М., Шайтан К.В., 20192019Солдатенко А.С., Карачевцева М.А., Шереметьев В.А., Кудряшова А.А., Архипова А.Ю., Андреев В.А., Прокошкин С.Д., Браиловский В., Мойсенович М.М., Шайтан К.В.Soldatenko A.S., Karachevtseva M.A., Sheremetyev V.A., Kudryashova A.A., Arkhipova A.Y., Andreev V.A., Prokoshkin S.D., Brailovski V., Moisenovich M.M., Shaitan K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/801

В работе изучено влияние поверхности сплавов Ti-Zr-Nb (TZN) с памятью формы на адгезию, пролиферацию, выживаемость и организацию актиново-го цитоскелета остеобластоподобных клеток MG-63. Исследуемые материалы обладают уникальным сочетанием механических свойств, определяющих их перспективность при создании костных имплантатов с высокой биомеханической совместимостью: низкое значение модуля Юнга и сверхупругое поведение, схожее с поведением костной ткани. В работе использовали тонкие пластины экспериментального сплава TZN и медицинского сплава системы Ti-Al-Nb (TAN) в качестве контрольного. Проведено исследование динамики роста культуры клеток MG-63 с использованием МТТ-теста и подсчета количества ядер на единицу площади. Обнаружено, что на 4-е и 7-е сут количество клеток на сплаве TZN выше, чем на сплаве TAN. Это может быть обусловлено влиянием качественного и количественного состава материалов на микроструктуру и химию поверхности. Доля живых клеток на протяжении времени культивирования на обоих сплавах была близка к 100%. Анализ изображений цитоскелета показал преобладание фибриллярного актина на образцах системы TZN, а также выявил организацию, или структуру, характерную для клеток фибробластоподобной полигональной формы.

The paper studies the influence of the Ti-Zr-Nb (TZN) shape memory alloys surface on adhesion, proliferation, viability and actin cytoskeleton organization of osteoblast-like cells MG-63. The studied materials have a unique combination of mechanical properties that determine their prospects for creating bone implants with high biomechanical compatibility: low value of the Young’s modulus and superelastic behavior, similar to the behavior of bone tissue. We used thin plates of the experimental alloy TZN and the Ti-Al-Nb medical alloy (TAN) as a control material. A study of the growth dynamics of the MG-63 cell culture was made using the MTT test and counting the number of nuclei per unit area using scanning microscopy. It was found that on 4 and 7 days the number of cells on the TZN alloy is higher than on the TAN alloy. This may be due to the influence of the qualitative and quantitative composition of materials on the surface microstructure and chemistry. The viability over the cultivation time was close to 100% on both alloys. The analysis of cytoskeleton images showed the predominance of fibrillary actin on samples of the TZN system, as well as the organization characteristic of fibroblast-like polygonal cells.

остеобластоподобные клетки MG-63титановые сплавы с памятью формыповерхность сплавовтермомеханическая обработкарадиально-сдвиговая прокаткаротационная ковкаcosteoblast-like cells MG-63titanium shape memory alloysalloys surfacethermomechanical treatmentradial shear rollingrotary forgingРабота выполнена с использованием оборудования, приобретенного за счет средств Программы развития Московского университета и на оборудовании центра коллективного пользования Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФReferencesKim H.Y., Fu J., Tobe H., Kim J.I., Miyazaki S. Shape memory and superelasticity // Shape Mem. Superelasticity. 2015. Vol. 1. N 2. P. 107-116.Kim H.Y., Fu J., Tobe H., Kim J.I., Miyazaki S. Shape memory and superelasticity // Shape Mem. Superelasticity. 2015. Vol. 1. N 2. P. 107-116.Niinomi M, Boehlert C.J. Advances in metallic biomaterials. Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2015. 348 pp.Niinomi M, Boehlert C.J. Advances in metallic biomaterials. Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2015. 348 pp.Rho J.Y., Ashman R.B., Turner C.H. Young’s modulus of trabecular and cortical bone material: ultrasonic and microtensile measurements // J. Biomech. 1993. Vol. 26. N 2. P. 111-119.Rho J.Y., Ashman R.B., Turner C.H. Young’s modulus of trabecular and cortical bone material: ultrasonic and microtensile measurements // J. Biomech. 1993. Vol. 26. N 2. P. 111-119.Magaye R, Zhao J., Bowman L, Ding M. Genotoxicity and carcinogenicity of cobalt-, nickel-and copper-based nanoparticles // Exp. Ther. Med. 2012. Vol. 4. N 4. P. 551-561.Magaye R, Zhao J., Bowman L, Ding M. Genotoxicity and carcinogenicity of cobalt-, nickel-and copper-based nanoparticles // Exp. Ther. Med. 2012. Vol. 4. N 4. P. 551-561.Prokoshkin S, Brailovski V., Dubinskiy S, Zhukova Y, Sheremetyev V., Konopatsky A., InaekyanProkoshkin S, Brailovski V., Dubinskiy S, Zhukova Y, Sheremetyev V., Konopatsky A., InaekyanK. Manufacturing, structure control, and functional testing of Ti-Nb-based SMA for medical application // Shape Mem. Superelasticity. 2016. Vol. 2. N 2. P. 130-144.K. Manufacturing, structure control, and functional testing of Ti-Nb-based SMA for medical application // Shape Mem. Superelasticity. 2016. Vol. 2. N 2. P. 130-144.Galkin S.P. Trajectory of deformed metal as basis for controlling radially shifted and screw rolling // Steel Transl. 2004. Vol. 7. P. 63-67.Galkin S.P. Trajectory of deformed metal as basis for controlling radially shifted and screw rolling // Steel Transl. 2004. Vol. 7. P. 63-67.Sheremetyev V., Kudryashova A., Cheverikin V., Korotitskiy A., Galkin S, Prokoshkin S, Brailovski V. Hot radial shear rolling and rotary forging of metastable beta Ti-18Zr-14Nb (at.%) alloy for bone implants: microstructure, texture and functional properties // J. Alloys Compd. 2019. Vol. 800. P. 320-326.Sheremetyev V., Kudryashova A., Cheverikin V., Korotitskiy A., Galkin S, Prokoshkin S, Brailovski V. Hot radial shear rolling and rotary forging of metastable beta Ti-18Zr-14Nb (at.%) alloy for bone implants: microstructure, texture and functional properties // J. Alloys Compd. 2019. Vol. 800. P. 320-326.Novaes Jr. A.B., de Souza S.L.S., de Barros R. R.M., Pereira KKY., Iezzi G., PiattelliA. Influence of implant surfaces on osseointegration // Braz. Dent. J. 2010. Vol. 21. N 6. P. 471-481.Novaes Jr. A.B., de Souza S.L.S., de Barros R. R.M., Pereira KKY., Iezzi G., PiattelliA. Influence of implant surfaces on osseointegration // Braz. Dent. J. 2010. Vol. 21. N 6. P. 471-481.Cvijovic-Alagic I., Cvijovic Z, Bajat J., Rakin M. Composition and processing effects on the electrochemical characteristics of biomedical titanium alloys // Corros. Sci. 2014. Vol. 83. P. 245-254.Cvijovic-Alagic I., Cvijovic Z, Bajat J., Rakin M. Composition and processing effects on the electrochemical characteristics of biomedical titanium alloys // Corros. Sci. 2014. Vol. 83. P. 245-254.Sheremetyev V., Brailovski V., Prokoshkin S. , Inaekyan K., Dubinskiy S. Functional fatigue behavior of superelastic beta Ti-22Nb-6Zr (at%) alloy for load-bearing biomedical applications // Mater. Sci. Eng. C. 2016. Vol. 58. P. 935-944.Sheremetyev V., Brailovski V., Prokoshkin S. , Inaekyan K., Dubinskiy S. Functional fatigue behavior of superelastic beta Ti-22Nb-6Zr (at%) alloy for load-bearing biomedical applications // Mater. Sci. Eng. C. 2016. Vol. 58. P. 935-944.Sheremetyev V., Kudryashova A., Dubinskiy S., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Structure and functional properties of metastable beta Ti-18Zr-14Nb (at.%) alloy for biomedical applications subjected to radial shear rolling and thermomechanical treatment // J. Alloys Compd. 2018. Vol. 737. P. 678-683.Sheremetyev V., Kudryashova A., Dubinskiy S., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Structure and functional properties of metastable beta Ti-18Zr-14Nb (at.%) alloy for biomedical applications subjected to radial shear rolling and thermomechanical treatment // J. Alloys Compd. 2018. Vol. 737. P. 678-683.Chen S., Guo Y., Liu R., Wu S., Fang J., Huang B., Li Z., Chen Zh., Chen Z Tuning surface properties of bone biomaterials to manipulate osteoblastic cell adhesion and the signaling pathways for the enhancement of early osseointegration // Colloid Surface B. 2018. Vol. 164. P. 58-69.Chen S., Guo Y., Liu R., Wu S., Fang J., Huang B., Li Z., Chen Zh., Chen Z Tuning surface properties of bone biomaterials to manipulate osteoblastic cell adhesion and the signaling pathways for the enhancement of early osseointegration // Colloid Surface B. 2018. Vol. 164. P. 58-69.Nabavi N., Khandani A., Camirand A., Harrison R.E. Effects of microgravity on osteoclast bone resorption and osteoblast cytoskeletal organization and adhesion // Bone. 2011. Vol. 49. N. 5. P. 965-974.Nabavi N., Khandani A., Camirand A., Harrison R.E. Effects of microgravity on osteoclast bone resorption and osteoblast cytoskeletal organization and adhesion // Bone. 2011. Vol. 49. N. 5. P. 965-974.Hentze M.W., Muckenthaler M.U., Galy B., Camaschella C. Two to tango: regulation of mammalian iron metabolism // Cell. 2010. Vol. 142. N. 1. P. 24-38.Hentze M.W., Muckenthaler M.U., Galy B., Camaschella C. Two to tango: regulation of mammalian iron metabolism // Cell. 2010. Vol. 142. N. 1. P. 24-38.Gyorgyey A., Ungvari K., Kecskemeti G., Kopniczky J., Hopp B., Oszko A., Pelsoczi I., Rakonczay Z., Nagy K., Turzo K Attachment and proliferation of human osteoblast-like cells (MG-63) on laser-ablated titanium implant material // Mater. Sci. Eng. C. 2013. Vol. 33. N. 7. P. 4251-4259.Gyorgyey A., Ungvari K., Kecskemeti G., Kopniczky J., Hopp B., Oszko A., Pelsoczi I., Rakonczay Z., Nagy K., Turzo K Attachment and proliferation of human osteoblast-like cells (MG-63) on laser-ablated titanium implant material // Mater. Sci. Eng. C. 2013. Vol. 33. N. 7. P. 4251-4259.Al-Mobarak N.A., Al-Swayih A.A., Al-Rashoud F.A. Corrosion behavior of Ti-6Al-7Nb alloy in biological solution for dentistry applications // Int. J. Electrochem. Sci. 2011. Vol. 6. N 6. P. 2031-2042.Al-Mobarak N.A., Al-Swayih A.A., Al-Rashoud F.A. Corrosion behavior of Ti-6Al-7Nb alloy in biological solution for dentistry applications // Int. J. Electrochem. Sci. 2011. Vol. 6. N 6. P. 2031-2042.Моисеев В.Н. Бета-титановые сплавы и перспективы их развития // МиТОМ. 1998. Т. 1. № 12. P. 11-14.Моисеев В.Н. Бета-титановые сплавы и перспективы их развития // МиТОМ. 1998. Т. 1. № 12. P. 11-14.Anselme K., Linez P., Bigerelle M., Le Maguer D., Le Maguer A., Hardouin P., Hildebrand H.F., Iost A., Leroy J.M. The relative influence of the topography and chemistry of TiAl6V4 surfaces on osteoblastic cell behaviour // Biomaterials. 2000. Vol. 21. N 15. P. 1567-1577.Anselme K., Linez P., Bigerelle M., Le Maguer D., Le Maguer A., Hardouin P., Hildebrand H.F., Iost A., Leroy J.M. The relative influence of the topography and chemistry of TiAl6V4 surfaces on osteoblastic cell behaviour // Biomaterials. 2000. Vol. 21. N 15. P. 1567-1577.Шугалей И.В., Гарабаджиу А.В, Илюшин М.А., Судариков А.М. Некоторые аспекты влияния алюминия и его соединений на живые организмы // Экол. хим. 2012. Т. 21. № 3. С. 168-172.Шугалей И.В., Гарабаджиу А.В, Илюшин М.А., Судариков А.М. Некоторые аспекты влияния алюминия и его соединений на живые организмы // Экол. хим. 2012. Т. 21. № 3. С. 168-172.Bonartsev A., Zharkova I., Yakovlev S, et al. 3D-scaffolds from poly(3-hydroxybutyrate) poly(ethylene glycol) copolymer for tissue engineering // J. Biomater. Tissue Eng. 2016. Vol. 6. N 1. P. 42-52.Bonartsev A., Zharkova I., Yakovlev S, et al. 3D-scaffolds from poly(3-hydroxybutyrate) poly(ethylene glycol) copolymer for tissue engineering // J. Biomater. Tissue Eng. 2016. Vol. 6. N 1. P. 42-52.Ozdemir T, Higgins A.M., Brown J.L. Osteoinductive biomaterial geometries for bone regenerative engineering // Curr. Pharm. Des. 2013. Vol. 19. N. 19. P. 3446-3455.Ozdemir T, Higgins A.M., Brown J.L. Osteoinductive biomaterial geometries for bone regenerative engineering // Curr. Pharm. Des. 2013. Vol. 19. N. 19. P. 3446-3455.Goncharenko A., Malyuchenko N, Moisenovich A., Kotlyarova M, Arkhipova A., Kon ’kov A., Agapov I., Molochkov A., Moisenovich M, Kirpichnikov M. Changes in morphology of actin filaments and expression of alkaline phosphatase at 3D cultivation of MG-63 osteoblast-like cells on mineralized fibroin scaffolds // Dokl. Biochem. Biophys. 2016. Vol. 470. N 1. P. 368-370.Goncharenko A., Malyuchenko N, Moisenovich A., Kotlyarova M, Arkhipova A., Kon ’kov A., Agapov I., Molochkov A., Moisenovich M, Kirpichnikov M. Changes in morphology of actin filaments and expression of alkaline phosphatase at 3D cultivation of MG-63 osteoblast-like cells on mineralized fibroin scaffolds // Dokl. Biochem. Biophys. 2016. Vol. 470. N 1. P. 368-370.Rottmar M, Lischer S, Pleskova M, Bruinink A., Maniura-Weber K. Correlating cell architecture with osteogenesis: first steps towards live single cell monitoring // Eur. Cells Mater. 2009. Vol. 18. N 18. P. 59-62.Rottmar M, Lischer S, Pleskova M, Bruinink A., Maniura-Weber K. Correlating cell architecture with osteogenesis: first steps towards live single cell monitoring // Eur. Cells Mater. 2009. Vol. 18. N 18. P. 59-62.Maya A.E.A., Grana D.R, Hazarabedian A., Kokubu G.A., Luppo M.I., Vigna G. Zr-Ti-Nb porous alloys for biomedical application // Mater. Sci. Eng. C. 2012. Vol. 32. N 2. P. 321-329.Maya A.E.A., Grana D.R, Hazarabedian A., Kokubu G.A., Luppo M.I., Vigna G. Zr-Ti-Nb porous alloys for biomedical application // Mater. Sci. Eng. C. 2012. Vol. 32. N 2. P. 321-329.Sollazzo V., Palmieri A., Pezzetti F., Bignozzi C.A., Argazzi R, Massari L., Brunelli G., Carina F. Genetic effect of zirconium oxide coating on osteoblast-like cells // J. Biomed. Mater. Res. - Part B Appl. Biomater. 2008. Vol. 84. N 2. P. 550-558.Sollazzo V., Palmieri A., Pezzetti F., Bignozzi C.A., Argazzi R, Massari L., Brunelli G., Carina F. Genetic effect of zirconium oxide coating on osteoblast-like cells // J. Biomed. Mater. Res. - Part B Appl. Biomater. 2008. Vol. 84. N 2. P. 550-558.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.