Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Ключевыми проблемами, ограничивающими применение биодеградируемых имплантатов на основе железа, традиционно остаются низкая скорость их резорбции в организме и риск развития послеоперационных бактериальных инфекций. Основным направлением работ в отчётном периоде стала целенаправленная модификация свойств сплавов системы Fe-Mn-C путём легирования медью (Cu) в диапазоне 0.3–3 масс.%. Данный подход был призван решить указанные проблемы за счёт комплексного влияния меди на функциональные характеристики материала. Целью исследований явилось изучение влияния содержания меди на микроструктуру, механические и коррозионные свойства, биосовместимость in vitro, а также оценка потенциальных терапевтических эффектов для расширения функциональных возможностей биорезорбируемых имплантатов. В результате были выплавлены сплавы номинальных составов Fe - 30 Mn-1С, Fe - 30Mn – 0,3 Сu - 1 C, Fe–30 Mn –1 Сu -1 C и Fe – 30 Mn – 3 Сu - 1 C (масс. %). После ковки и сопутствующего длительного отжига отмечена крупнозернистая аустенитная структура, размер зерна которой увеличивался с повышением содержания Cu в диапазоне 40 – 80 мкм. Выявлена нелинейная зависимость механических свойств от содержания меди, в связи с влиянием твердорастворного упрочнения и энергии дефекта упаковки, конкурирующих в сплавах. При содержании меди 0,3% определяющую роль играет твердорастворное упрочнение, которое с повышением содержания Cu постепенно уступает доминирующую роль влиянию ЭДУ. Наилучшие свойства с оптимальным сочетанием прочности и пластичности (в = 943±13 МПа, 0.2 = 378 ± 1 МПа,  = 92 %) были получены в сплаве Fe – 30 Mn – 1Cu – 1C. Анализ результатов коррозионных исследований методом потенциодинамической поляризации показал, что добавление меди в количестве 0,3% практически не изменяет потенциал коррозии при этом показывает наибольшую скорость коррозии 0,48 ± 0,07 мм/год. При этом повышение количества меди в сплаве с 1% до 3% ведет к понижению скорости коррозии с 0,44 ± 0,02 мм/год для сплава Fe – Mn – 1Cu – 1C до 0,38± 0,18 мм/год для сплава Fe – Mn – 3Cu – 1C. Уменьшение скорости коррозии объясняется повышением содержания меди, которое улучшает способность сплава к пассивации, к образованию стабильной защитной медьсодержащей оксидной пленки. Испытания на иммерсионную коррозию при инкубации в культуральной среде RPMI-1640 в течение суток, основанные на потере массы из-за коррозии, подтвердили тенденцию изменения скорости коррозии полученной в ходе электрохимических исследований. При этом отмечено значительное экранирование продуктами корозии как процесса деградации, так и ,возможно, проявления терапевтического эффекта Cu, в связи малым содержанием ионов Cu2+ на деградируемой поверхности. Тем не менее, исследование биосовместимости in vitro показало, что сплавы, содержащие 3% меди в ходе совместной инкубации приводили к разрушению клеточных мембран и выделению гемоглобина и внутриклеточной ЛДГ во внеклеточную среду, а так же к релизу ЛДГ, достоверно превышающему уровень в контроле. При этом инкубация со сплавами Fe – 30Mn – 0,3Cu – 1C и Fe – 30 Mn – 1Cu – 1C не приводила к такому эффекту, говоря о их биосовместимости. Для подтверждения биосовместимости in vitro исследуемых сплавов была проведена оценка влияния содержания меди на пролиферацию ММСК и опухолевых клеток. Выявлено, что медьсодержащие экстракты всех сплавов системы Fe – Mn – Cu – 1C не подавляли пролиферацию опухолевых клеток при этом тормозили пролиферативную активность клеток на 77-96% в сравнении с контролем. Наиболее низкие значения показателя пролиферации наблюдали под воздействием сплава с самой высокой концентрацией меди. Данный эффект может быть следствием как цитотоксического воздействия сплавов, содержащих в составе медь, так и свидетельством переключения этапов развития клеточной культуры ММСК с пролиферации на дифференцировку. Требуются дополнительные эксперименты с оценкой изменения жизнеспособности клеток, не демонстрирующих пролиферативный потенциал, и оценкой нарастания в культуре ММСК уровня щелочной фосфатазы, свидетельствующей об остеогенной дифференцировке. Для оценки терапевтического эффекта были проведены исследования антибактериальной и фагоцитарной активности под влиянием экстрактов сплавов. И если явного антибактериального эффекта под влияния экстрактов сплавов на E.coli (+) и S. Epidermidis выявлено не было, то наибольшее количество активных фагоцитов, захватывающих E.coli, наблюдали после предварительной стимуляции лейкоцитов экстрактами сплавов, содержащих медь в концентрации 0,3% и 1%, что привело к повышению клеточной активности в среднем в 2 раза относительно контроля. Анализ механизмов противоинфекционной защиты и полученных результатов позволил сделать вывод о важном терапевтическом эффекте разработанных сплавов. Известно, что фагоцитоз гранулоцитами крови, которые являются основными иммунокомпетентными клетками противоинфекционного иммунитета, реализуется в две стадии. Первая стадия включает в себя захват фагоцитом бактериальной клетки с формированием фагосомы. Вторая подразумевает активацию оксидативного стресса. Этот фермент-зависимый процесс протекает с выделением активных форм кислорода, разрушающих захваченный объект. Соответственно, чем большее количество гранулоцитов могут реализовать фагоцитарный захват микроорганизмов, попавших в рану в процессе хирургической операции, и инициировать для их разрушения наиболее активный выброс свободных форм кислорода, тем более интенсивно будет реализована противоинфекционная защита организма. Интенсификация этого процесса в раннем постоперационном периоде непосредственно в зоне имплантации может служить эффективной стратегией для предотвращения формирования бактериальной пленки на поверхности имплантата и системного гнойно-воспалительного процесса. В рамках настоящего исследования было установлено, что наибольшей способностью стимулировать фагоцитарную активность in vitro обладает сплав состава Fe–30Mn–1Cu–1C, что указывает на его выраженный иммуномодулирующий потенциал. В результате проведенных работ наиболее перспективным был признан именно этот биорезорбируемый сплав Fe-30Mn-1Cu-1C. Он сочетает в себе оптимальные механические свойства (прочность/пластичность), приемлемую скорость коррозии, биосовместимость и выраженный положительный иммуномодулирующий эффект в виде стимуляции фагоцитоза. Полученные результаты формируют основу для дальнейшей разработки функциональных имплантатов с повышенной противовоспалительной и противоинфекционной активностью.