Биосовместимость полученного низкотемпературным синтезом и легированного катионами бария дикальцийфосфат дигидрата для применения в регенеративной медицине

Обоснование. Для стимуляции регенерации костной ткани в современной регенеративной медицине всё чаще используются синтетические материалы на основе кальций-фосфатных соединений (КФС). Цель — оценить основные параметры биосовместимости, включая содержание кислотных компартментов и продукцию активных форм кислорода, in vitro при контакте макрофагов человека с порошком низкотемпературного дигидрата дикальцийфосфата, легированного катионами бария — в нормальных условиях и в условиях воспаления, индуцированного липополисахаридом (ЛПС).

Методы. С использованием методов сканирующей электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии, энергодисперсионной рент геновской спектроскопии и рентгенофазового анализа проведена оценка морфологии, а также качественного и количественного элементного состава порошка дикальцийфосфат дигидрата (ДКФД) и его формы, лигированной катионами бария (ДКФД-Ba). Методом проточной цитометрии исследовали жизнеспособность клеток, а также оценили содержание лизосом и уровень продукции активных форм кислорода при совместном культивировании первичной культуры макрофагов человека с образцами ДКФД и ДКФД-Ba в нормальных условиях и при ЛПС-активации макрофагов.

Результаты. Низкотемпературным методом синтеза получены образцы ДКФД, легированного катионами бария в концентрациях 1, 5 и 10% теоретически возможного уровня замещения. Для каждого варианта рассчитан практически полученный % замещения, составив ший 0,62, 1,43 и 6,43 атомных %, соответственно. Результаты рентгенофазового анализа показали полную трансформацию исходного альфа-трикальцийфосфата в ДКФД при всех вводимых концентрациях Ba²⁺. Результаты инфракрасной спектроскопии также подтверди ли полное соответствие ДКФД эталонной структуре при всех использованных концентрациях Ba²⁺. Обнаружено, что легирование иона ми Ba²⁺ усиливает гидратационную активность ДКФД и деформирует его кристаллическую структуру. Результаты in vitro исследований свидетельствуют о том, что замещение ионов Ca²⁺ на Ba²⁺ в структуре ДКФД не влияет на его цитотоксические свойства. Кроме того, ДКФД-Ва не подавляет биогенез лизосом в клетках, а также увеличивает продукцию активных форм кислорода в неактивированных макрофагах, но подавляет их продукцию в провоспалительных условиях, индуцированных ЛПС.

Заключение. Таким образом, как ДКФД, так и его Ba²⁺ замещённые варианты являются перспективными кандидатами для использования в составе материалов, предназначенных для нужд регенеративной медицины. Предложенный подход низкотемпературного синтеза Ba2+-замещённых вариантов ДКФД представляет значительный интерес для получения специализированных остеопластических КФС-материалов. Наиболее эффективный вариант ДКФД с максимальной степенью замещения ионов Ca²⁺ на Ba²⁺ (6,43 атомных %) обладает потенциальным регуляторным действием на активированные макрофаги (то есть в воспалительных условиях). Это свойство может быть крайне важным для регуляции иммунного ответа и эффективной остеоинтеграции материала в организме реципиента.