Лучевые признаки деградации и морфологическая реакция мягких тканей на имплантаты Mg–2Zn–2Ga и титана в эксперименте in vivo

Обоснование. Клинический потенциал магниевых имплантатов определяется характером деградации и реакцией окружающих тканей. Для Mg–2Zn–2Ga недостаточно изучено соответствие лучевых и морфологических изменений в парной подкожной модели с титановым контролем.

Цель. Сопоставить МСКТ-признаки деградации Mg–2Zn–2Ga и газообразования с морфологической реакцией мягких тканей в сравнении с титаном в сроки 1–11 недель.

Методы. Исследование выполнено на 20 самцах крыс линии Wistar. Каждому животному подкожно над лопатками устанавливались диски Mg–2Zn–2Ga слева и титана справа диаметром 7 мм и толщиной 4 мм. На сроках 1, 2, 3, 4 и 11 недель (по 4 животных) проводились МСКТ, макроскопическая оценка и гистологическое исследование обеих зон имплантации.

Результаты. Через 1 неделю вокруг Mg–2Zn–2Ga выявлялась газовая полость и отмечалось небольшое снижение рентгеноплотности. На сроках 2–4 недели лучевые изменения становились заметнее; к 4-й неделе магниевый образец визуально был меньше стабильного титанового имплантата. На 11-й неделе сохранялись остаточная газовая полость, снижение рентгеноплотности и размеров Mg–2Zn–2Ga. Морфологически ранняя полость с тонкой фиброзной капсулой и лимфогистиоцитарной инфильтрацией сменялась клеточным валом и множественными полостями с фрагментацией прилежащих мышечных волокон; к 11-й неделе выявлялись единичные гигантские клетки инородных тел. Вокруг титана преобладала последовательная соединительнотканная организация. Крепитация над магниевым имплантатом отмечалась у 3 из 20 животных (15 %).

Заключение. Сопоставление МСКТ и морфологии выявило согласованную временную последовательность признаков деградации Mg–2Zn–2Ga и перестройки окружающих тканей, отличавшуюся от реакции на титан. Сроки 2–4 недели характеризовали развитие ранних изменений, а 11 недель — их сохранение. Эти сроки и признаки могут использоваться в последующей количественной доклинической оценке.

1. Staiger MP, Pietak AM, Huadmai J, Dias G. Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials: a review. Biomaterials. 2006; 27(9): 1728–1734. doi: 10.1016/j.biomaterials.2005.10.003

2. Zhao D, Witte F, Lu F, Wang J, Li J, Qin L. Current status on clinical applications of magnesium-based orthopaedic implants: a review from clinical translational perspective. Biomaterials. 2017; 112: 287–302. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.10.017

3. Herber V, Okutan B, Antonoglou G, Sommer NG, Payer M. Bioresorbable magnesium-based alloys as novel biomaterials in oral bone regeneration: general review and clinical perspectives. J Clin Med. 2021; 10 (9): 1842. doi: 10.3390/jcm10091842

4. Gareb B, van Bakelen NB, Vissink A, Bos RRM, van Minnen B. Titanium or biodegradable osteosynthesis in maxillofacial surgery? In vitro and in vivo performances. Polymers (Basel). 2022; 14 (14): 2782. doi: 10.3390/polym14142782

5. Vujović S, Desnica J, Stanišić D, Ognjanović I, Stevanovic M, Rosic G. Applications of biodegradable magnesium-based materials in reconstructive oral and maxillofacial surgery: a review. Molecules. 2022; 27(17): 5529. doi: 10.3390/molecules27175529

6. Wang JL, Xu JK, Hopkins C, Chow DHK, Qin L. Biodegradable magnesium-based implants in orthopedics — A general review and perspectives. Adv Sci (Weinh). 2020; 7(8): 1902443. doi: 10.1002/advs.201902443

7. Nasr Azadani M, Zahedi A, Bowoto OK, Oladapo BI. A review of current challenges and prospects of magnesium and its alloy for bone implant applications. Prog Biomater. 2022; 11(1): 1–26. doi: 10.1007/s40204-022-00182-x

8. Witte F, Kaese V, Haferkamp H, Switzer E, Meyer-Lindenberg A, Wirth CJ, et al. In vivo corrosion of four magnesium alloys and the associated bone response. Biomaterials. 2005; 26(17): 3557–3563. doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.09.049

9. Amerstorfer F, Fischerauer SF, Fischer L, Eichler J, Draxler J, Zitek A, et al. Long-term in vivo degradation behavior and near-implant distribution of resorbed elements for magnesium alloys WZ21 and ZX50. Acta Biomater. 2016; 42: 440–450. doi: 10.1016/j.actbio.2016.06.025

10. Byun SH, Lim HK, Cheon KH, Lee SM, Kim HE, Lee JH. Biodegradable magnesium alloy (WE43) in bone-fixation plate and screw. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2020; 108(6): 2505–2512. doi: 10.1002/jbm.b.34582

11. Guo Y, Yu Y, Han L, Ma S, Zhao J, Chen H, et al. Biocompatibility and osteogenic activity of guided bone regeneration membrane based on chitosan-coated magnesium alloy. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2019; 100: 226–235. doi: 10.1016/j.msec.2019.03.006

12. Sun Y, Helmholz H, Willumeit-Römer R. Peri-implant gas accumulation in response to magnesium-based musculoskeletal biomaterials: reframing current evidence for preclinical research and clinical evaluation. Journal of Magnesium and Alloys. 2024; 12(1): 59–71. doi: 10.1016/j.jma.2024.01.023

13. Ben Amara H, Martinez DC, Shah FA, Loo AJ, Emanuelsson L, Norlindh B, et al. Magnesium implant degradation provides immunomodulatory and proangiogenic effects and attenuates peri-implant fibrosis in soft tissues. Bioact Mater. 2023; 26: 353–369. doi: 10.1016/j.bioactmat.2023.02.014

14. Bazhenov VE, Koltygin AV, Komissarov AA, Li A, Bautin V, Khasenova R, et al. Gallium-containing magnesium alloy for potential use as temporary implants in osteosynthesis. Journal of Magnesium and Alloys. 2020; 8(2): 352–363. doi: 10.1016/j.jma.2020.02.009

15. Bazhenov VE, Li A, Iliasov A, Bautin V, Plegunova S, Koltygin A, et al. Corrosion behavior and biocompatibility of hot-extruded Mg–Zn–Ga–(Y) biodegradable alloys. J Funct Biomater. 2022; 13(4): 294. doi: 10.3390/jfb13040294

16. Rogachev SO, Bazhenov VE, Komissarov AA, Li AV, Munzaferova NE, Plegunova SV, et al. Microstructure, mechanical, and corrosion properties of Mg–Zn–Ga alloy after hot rolling. Journal of Materials Engineering and Performance. 2025; 34(5): 3970–3978. doi: 10.1007/s11665-024-09361-2

17. Drobyshev A, Gurganchova Z, Redko N, Komissarov A, Bazhenov V, Statnik ES, et al. An in vivo rat study of bioresorbable Mg–2Zn–2Ga alloy implants. Bioengineering (Basel). 2023; 10(2): 273. doi: 10.3390/bioengineering10020273

18. Drobyshev A, Komissarov A, Redko N, Gurganchova Z, Statnik ES, Bazhenov V, et al. Bone remodeling interaction with magnesium alloy implants studied by SEM and EDX. Materials (Basel). 2022; 15(21): 7529. doi: 10.3390/ma15217529