ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2012-4-78-85ssmu-543Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL AND CLINICAL INVESTIGATIONSКлеточно-молекулярные аспекты иммунологической совместимости имплантатов с наноструктурным кальций-фосфатным покрытиемCellular and molecular aspects of immunologic compatibility of implants with nanostructured calcium phosphate coatingХлусовИ. А.KhlusovI. A.khlusov63@mail.ruСурменеваМ. A.SurmenevaM. A.khlusov63@mail.ruСурменевР. А.SurmenevR. A.khlusov63@mail.ruРязанцеваН. В.RyazantsevaN. V.khlusov63@mail.ruСавельеваО. Е.Savelieva .O. Ye.khlusov63@mail.ruИвановаА. А.IvanovaA. A.khlusov63@mail.ruПрохоренкоТ. С.ProkhorenkoT. S.khlusov63@mail.ruТаширеваЛ. А.TashirevaL. A.khlusov63@mail.ruДворниченкоМ. В.DvornichenkoM. V.khlusov63@mail.ruПичугинВ. Ф.PichuginV. F.khlusov63@mail.ruНОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Национальном исследовательском Томском политехническом университете, Сибирском государственном медицинском университете, Институте физики прочности и материаловедения СО РАМН, г. ТомскRussian FederationНОЦ молекулярной медицины, Сибирский государственный медицинский университет, г. ТомскRussian Federation2012280820121147885Copyright © Хлусов И.А., Сурменева М.A., Сурменев Р.А., Рязанцева Н.В., Савельева О.Е., Иванова А.А., Прохоренко Т.С., Таширева Л.А., Дворниченко М.В., Пичугин В.Ф., 20122012Хлусов И.А., Сурменева М.A., Сурменев Р.А., Рязанцева Н.В., Савельева О.Е., Иванова А.А., Прохоренко Т.С., Таширева Л.А., Дворниченко М.В., Пичугин В.Ф.Khlusov I.A., Surmeneva M.A., Surmenev R.A., Ryazantseva N.V., Savelieva . O.Y., Ivanova A.A., Prokhorenko T.S., Tashireva L.A., Dvornichenko M.V., Pichugin V.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/543

Изучена реакция клеточной линии Jurkat tat на краткосрочный (24 ч) контакт in vitro с модельными композитными имплантатами, предназначенными для биоинженерии костной ткани. Титановые образцы были покрыты тонким наноструктурным кальций-фосфатным (CaP) слоем, сформированным методом высокочастотного магнетронного распыления. С помощью Т-критерия Вилкоксона выявлено увеличение числа Т-лимфобластов лейкозной линии, презентирующих CD124-, CD25-, CD4-, CD8-, CD16/56-маркеры созревания и дифференцировки клеток. В случае CD8+-клеток различия достигали статистических величин (U-критерий Манна—Уитни) по сравнению с клетками, не контактировавшими с модельными имплантатами. Эффект имплантатов не был опосредован через секрецию цитокинов (IL-1b, IL-2, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10 и TNFα). Не обнаружен рост числа апоптотических и некротических клеток. Введение кремния в состав CaP покрытий не оказывало существенного модулирующего действия на изученные показатели. Сделан вывод об отсутствии иммунотоксичности исследованных покрытий в отношении Т-клеточного звена иммунитета. Усиление in vitro презентации CD8 T-лимфобластами человека может быть обусловлено их прямым взаимодействием с искусственными CaP поверхностями.

Jurkat tat cell line reaction on short-term (24 h) in vitro contact with model composite implants designed for bone tissue bioengineering has been studied. The titanium samples was coated by thin nanostructured calcium phosphate (CaP) layer was formed by rf-magnetron sputtered deposition. An increase in the number of leukemic line T-lymphoblasts presented CD124, CD25, CD4, CD8, CD16/56 markers of cell maturation and differentiation has been revealed with the help of Wilcoxon T-test. In a case of CD8 positive cells the differences reached to statistic levels (Mann—Whitney U-test) as compared with cells had no contact with model implants. No implants effect was mediated by cytokines secretion (IL-1b, IL-2, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10 and TNFα). An elevation of apoptotic and necrotic cells number has been not revealed. Silicone incorporation into CaP composition had no essential modulating action on indices studied. A conclusion about an absence of immunotoxic effect of investigated coatings as regards to T-cell immunity has been made. In vitro acceleration of CD8 presentation by human T-lymphoblasts may be conditioned by their direct interaction with artificial CaP surfaces.

клетки JurkatCD-маркерыцитокиныin vitroимплантатымагнетронное покрытиеJurkat cellsCD markerscytokinesin vitroimplantsmagnetron coatingФедеральныу целевые программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологи¬ческого комплекса России на 2007—2013 годы» (государственный контракт № 16.512.11.2087), «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 гг. (государственные контракты П861 от 25.05.2010; 16.740.11.0205 от 24.09.2010), грантов президента РФ для поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук (МК-1149.2012.8), Национального исследовательского Томского политехнического университета (проект № 11-03/2012).ReferencesБабаева А.Г. Лимфоциты как регуляторы пролиферации и дифференцировки клеток нелимфоидных органов // Вестник АМН СССР. 1990. № 2. С. 43—45.Бабаева А.Г. Лимфоциты как регуляторы пролиферации и дифференцировки клеток нелимфоидных органов // Вестник АМН СССР. 1990. № 2. С. 43—45.Биологические методы лечения онкологических заболе-ваний: пер. с англ. / под ред. В.Т. де Вита, С. Хеллмана, С.А. Розенберга. М.: Медицина, 2002. 936 с.Биологические методы лечения онкологических заболе-ваний: пер. с англ. / под ред. В.Т. де Вита, С. Хеллмана, С.А. Розенберга. М.: Медицина, 2002. 936 с.Биосовместимые материалы / под ред. В.И. Севастьянова, М.П. Кирпичникова. М.: Изд-во «Медицинское информационное агентство», 2011. 544 с.Биосовместимые материалы / под ред. В.И. Севастьянова, М.П. Кирпичникова. М.: Изд-во «Медицинское информационное агентство», 2011. 544 с.Блохин Д.Ю. Как убить бессмертную клетку // Химия и жизнь. 2009. № 3. С. 20—26.Блохин Д.Ю. Как убить бессмертную клетку // Химия и жизнь. 2009. № 3. С. 20—26.ГОСТ Р ИСО 10993-18-2009. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 18. Исследование химических свойств материалов. Введ. 2010-09-01. М.: Стандартинформ, 2010. 26 с.ГОСТ Р ИСО 10993-18-2009. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 18. Исследование химических свойств материалов. Введ. 2010-09-01. М.: Стандартинформ, 2010. 26 с.ГОСТ Р ИСО 10993-20-2009. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 20. Принципы и методы исследования иммуноток-сичности медицинских изделий. Введ. 2010-09-01. М.: Стандартинформ, 2010. 28 с.ГОСТ Р ИСО 10993-20-2009. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 20. Принципы и методы исследования иммуноток-сичности медицинских изделий. Введ. 2010-09-01. М.: Стандартинформ, 2010. 28 с.Дыгай А.М., Клименко Н.А. Воспаление и гемопоэз. Томск: Изд-во ТГУ, 1992. 276 с.Дыгай А.М., Клименко Н.А. Воспаление и гемопоэз. Томск: Изд-во ТГУ, 1992. 276 с.Иващенко Ю.Д., Быкорез А.И. Полипептидные факторы роста и канцерогенез. Киев, 1990. 192 с.Иващенко Ю.Д., Быкорез А.И. Полипептидные факторы роста и канцерогенез. Киев, 1990. 192 с.Клиническая онкогематология: руководство для врачей / под ред. М.А. Волковой. М.: Медицина, 2001. 576 с.Клиническая онкогематология: руководство для врачей / под ред. М.А. Волковой. М.: Медицина, 2001. 576 с.Окулов В.Б., Зубова С.Г. Адаптивные реакции клетки как основа прогрессии опухолей // Вопросы онкологии. 2000. Т. 46, № 5. С. 505—511.Окулов В.Б., Зубова С.Г. Адаптивные реакции клетки как основа прогрессии опухолей // Вопросы онкологии. 2000. Т. 46, № 5. С. 505—511.Пичугин В.Ф., Сурменева М.A., Сурменев Р.А. и др. Ис-следование физико-химических и биологических свойств кальций-фосфатных покрытий, созданных методом вч-магнетронного распыления кремнийзамещенного гидрокси¬апатита // Поверхность. Рентгеновские, синхро-тронные и нейтронные исследования. 2011. № 9. С. 54—61.Пичугин В.Ф., Сурменева М.A., Сурменев Р.А. и др. Ис-следование физико-химических и биологических свойств кальций-фосфатных покрытий, созданных методом вч-магнетронного распыления кремнийзамещенного гидрокси¬апатита // Поверхность. Рентгеновские, синхро-тронные и нейтронные исследования. 2011. № 9. С. 54—61.Ребров В.Г., Громова О.А. Витамины, макро- и микро-элементы. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. 960 с.Ребров В.Г., Громова О.А. Витамины, макро- и микро-элементы. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. 960 с.Рязанцева Н.В., Новицкий В.В., Жукова О.Б. и др. Роль NF-B, p53 и р21 в регуляции ФНО-α опосредованного апоптоза лимфоцитов // Бюл. эксперим. биологии и ме-дицины. 2010. Т. 148, № 2. С. 56—60.Рязанцева Н.В., Новицкий В.В., Жукова О.Б. и др. Роль NF-B, p53 и р21 в регуляции ФНО-α опосредованного апоптоза лимфоцитов // Бюл. эксперим. биологии и ме-дицины. 2010. Т. 148, № 2. С. 56—60.Сурменева М.А., Сурменев Р.А., Пичугин В.Ф. и др. In vitro исследование магнетронных покрытий на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследо-вания. 2011. № 12. С. 81—88.Сурменева М.А., Сурменев Р.А., Пичугин В.Ф. и др. In vitro исследование магнетронных покрытий на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследо-вания. 2011. № 12. С. 81—88.Сурменева М.A., Сурменев Р.А., Хлусов И.А. и др. Кальцийфосфатные покрытия, созданные методом вч-магнетронного распыления гидроксиапатита: остеогенный потенциал in vitro и in vivo // Известия Том. политехн. ун-та. 2010. Т. 317, № 2. С. 101—106.Сурменева М.A., Сурменев Р.А., Хлусов И.А. и др. Кальцийфосфатные покрытия, созданные методом вч-магнетронного распыления гидроксиапатита: остеогенный потенциал in vitro и in vivo // Известия Том. политехн. ун-та. 2010. Т. 317, № 2. С. 101—106.Хлусов И.А., Карлов А.В., Шаркеев Ю.П. и др. Остеогенный потенциал мезенхимальных стволовых клеток костного мозга in situ: роль физико-химических свойств искусственных поверхностей // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2005. № 3. С. 164—173.Хлусов И.А., Карлов А.В., Шаркеев Ю.П. и др. Остеогенный потенциал мезенхимальных стволовых клеток костного мозга in situ: роль физико-химических свойств искусственных поверхностей // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2005. № 3. С. 164—173.Хлусов И.А., Пичугин В.Ф., Гостищев Э.А. и др. Влия-ние физических, химических и биологических манипуля-ций на поверхностный потенциал кальций-фосфатных по-крытий на металлических подложках // Бюл. сиб. меди-цины. 2011. Т. 10, № 3. С. 72—81.Хлусов И.А., Пичугин В.Ф., Гостищев Э.А. и др. Влия-ние физических, химических и биологических манипуля-ций на поверхностный потенциал кальций-фосфатных по-крытий на металлических подложках // Бюл. сиб. меди-цины. 2011. Т. 10, № 3. С. 72—81.Хлусов И.А., Шевцова Н.М., Хлусова М.Ю. и др. Концепция «ниша-рельеф» для стволовых клеток как основа биомиметического подхода к инженерии костной и кроветворной тканей // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011. Т. VI, № 2. С. 55—64.Хлусов И.А., Шевцова Н.М., Хлусова М.Ю. и др. Концепция «ниша-рельеф» для стволовых клеток как основа биомиметического подхода к инженерии костной и кроветворной тканей // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011. Т. VI, № 2. С. 55—64.Чайкина М.В., Хлусов И.А., Карлов А.В., Пайчадзе К.С. Механохимический синтез нестехиометрических и за-мещенных апатитов с наноразмерными частицами для использования в качестве биосовместимых материалов // Химия в интересах устойчивого развития. 2004. Т. 12. С. 389—399.Чайкина М.В., Хлусов И.А., Карлов А.В., Пайчадзе К.С. Механохимический синтез нестехиометрических и за-мещенных апатитов с наноразмерными частицами для использования в качестве биосовместимых материалов // Химия в интересах устойчивого развития. 2004. Т. 12. С. 389—399.Часовских Н.Ю., Рязанцева Н.В., Новицкий В.В. Апоптоз и окислительный стресс. Томск: Изд-во «Печатная мануфактура», 2009. 140 с.Часовских Н.Ю., Рязанцева Н.В., Новицкий В.В. Апоптоз и окислительный стресс. Томск: Изд-во «Печатная мануфактура», 2009. 140 с.Чечина О.Е., Биктасова А.К., Сазонова Е.В. и др. Роль цитокинов в редокс-зависимой регуляции апоптоза // Бюл. сиб. медицины. 2009. № 2. С. 67—71.Чечина О.Е., Биктасова А.К., Сазонова Е.В. и др. Роль цитокинов в редокс-зависимой регуляции апоптоза // Бюл. сиб. медицины. 2009. № 2. С. 67—71.Aherne S.A., O'Brien N.M. Modulation of cytokine production by plant sterols in stimulated human Jurkat T cells // Mol. Nutr. Food Res. 2008. V. 52 (6). P. 664—673.Aherne S.A., O'Brien N.M. Modulation of cytokine production by plant sterols in stimulated human Jurkat T cells // Mol. Nutr. Food Res. 2008. V. 52 (6). P. 664—673.Biomaterials science: an introduction to materials in medicine. 2nd edition / ed. by B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen, J.E. Lemons. San Diego: Elsevier Academic Press, 2004. 851 p.Biomaterials science: an introduction to materials in medicine. 2nd edition / ed. by B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen, J.E. Lemons. San Diego: Elsevier Academic Press, 2004. 851 p.Blaine T.A., Rosier R.N., Puzas J. E. et al. Increased levels of tumor necrosis factor-α and Interleukin-6 protein and messenger RNA in human peripheral blood monocytes due to titanium particles // The journal of bone and Joint Surgery (American). 1996. V. 78. P. 1181—1192.Blaine T.A., Rosier R.N., Puzas J. E. et al. Increased levels of tumor necrosis factor-α and Interleukin-6 protein and messenger RNA in human peripheral blood monocytes due to titanium particles // The journal of bone and Joint Surgery (American). 1996. V. 78. P. 1181—1192.Damien C.J., Ricci J.L., Christel P. et al. Formation of a cal-cium phosphate-rich layer on absorbable calcium carbonate bone graft substitutes // Calcif Tissue Int. 1994. V. 55. P. 151—158.Damien C.J., Ricci J.L., Christel P. et al. Formation of a cal-cium phosphate-rich layer on absorbable calcium carbonate bone graft substitutes // Calcif Tissue Int. 1994. V. 55. P. 151—158.De Bruijn J.D. Calcium phosphate biomaterials: Bone-bonding and biodegradation properties. Leiden, 1993. 172 p.De Bruijn J.D. Calcium phosphate biomaterials: Bone-bonding and biodegradation properties. Leiden, 1993. 172 p.Gibson I.R., Best S.M., Bonfield W. Chemical Characteriza-tion of Silicon-Substituted Hydroxyapatite // J. Bio. Mater. Res. Symp. 1999. V. 44. P. 422—428.Gibson I.R., Best S.M., Bonfield W. Chemical Characteriza-tion of Silicon-Substituted Hydroxyapatite // J. Bio. Mater. Res. Symp. 1999. V. 44. P. 422—428.Granchi D., Verri E., Ciapeti G. et al. Bone-resorbing cyto-kines in serum of patients with aseptic loosening of hip pros-theses // The Journal of Bone and Joint Surgery. (British). 1998. V. 80. P. 912—917.Granchi D., Verri E., Ciapeti G. et al. Bone-resorbing cyto-kines in serum of patients with aseptic loosening of hip pros-theses // The Journal of Bone and Joint Surgery. (British). 1998. V. 80. P. 912—917.Haynes D.R., Rogers S.D., Hay S. et al. The differences in toxicity and release of bone resorbing mediators induced by titanium and cobalt-chromium alloy wear particles // The Journal of Bone and Joint Surgery (American). 1993. V. 75. P. 825—834.Haynes D.R., Rogers S.D., Hay S. et al. The differences in toxicity and release of bone resorbing mediators induced by titanium and cobalt-chromium alloy wear particles // The Journal of Bone and Joint Surgery (American). 1993. V. 75. P. 825—834.Khlusov I.A., Zagrebin L.V., Shestov S.S., Naumov S.A. Physical-Chemical Manipulations with Microbial and Mammalian Cells: from Experiments to Clinics // Stem Cell Applications in Disease and Health / Editors W.B. Burnsides et al. N. Y.: Nova Science Publishers, 2008. P. 29—71.Khlusov I.A., Zagrebin L.V., Shestov S.S., Naumov S.A. Physical-Chemical Manipulations with Microbial and Mammalian Cells: from Experiments to Clinics // Stem Cell Applications in Disease and Health / Editors W.B. Burnsides et al. N. Y.: Nova Science Publishers, 2008. P. 29—71.Lahat A., Ben-Horin S., Lang A. et al. Lidocaine down-regulates nuclear factor-kappaB signalling and inhibits cytokine production and T cell proliferation // Clin. Exp. Immunol. 2008. V. 152 (2). P. 320—327.Lahat A., Ben-Horin S., Lang A. et al. Lidocaine down-regulates nuclear factor-kappaB signalling and inhibits cytokine production and T cell proliferation // Clin. Exp. Immunol. 2008. V. 152 (2). P. 320—327.Morks M.F. Fabrication and characterization of plasma-sprayed HA/SiO2 coatings for biomedical application // J. Mech. Beh. Bio. Mater. 2008. S1. 105 — 111.Morks M.F. Fabrication and characterization of plasma-sprayed HA/SiO2 coatings for biomedical application // J. Mech. Beh. Bio. Mater. 2008. S1. 105 — 111.Nepola J.V. External fixation // Rockwood and Green’s frac-tures in Adults. Four Edition. Philadelphia: Lippincot-Raven Publishers, 1996. V. 1. P. 229—304.Nepola J.V. External fixation // Rockwood and Green’s frac-tures in Adults. Four Edition. Philadelphia: Lippincot-Raven Publishers, 1996. V. 1. P. 229—304.Pichugin V.F., Eshenko E.V., Surmenev R.A. et al. Applica-tion of High-Frequency Magnetron Sputtering to Deposit Thin Calcium-Phosphate Biocompatible Coatings on a Titanium Surface // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2007. V. 1, № 6. P. 679—682.Pichugin V.F., Eshenko E.V., Surmenev R.A. et al. Applica-tion of High-Frequency Magnetron Sputtering to Deposit Thin Calcium-Phosphate Biocompatible Coatings on a Titanium Surface // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2007. V. 1, № 6. P. 679—682.Pichugin V.F., Surmenev R.A., Shesterikov E.V. et al. The preparation of calcium phosphate coatings on titanium and nickel-titanium by rf-magnetron sputtered deposition: com-position, structure and micromechanical properties // Surface & Coatings Technology. 2008. V. 202. P. 3913—3920.Pichugin V.F., Surmenev R.A., Shesterikov E.V. et al. The preparation of calcium phosphate coatings on titanium and nickel-titanium by rf-magnetron sputtered deposition: com-position, structure and micromechanical properties // Surface & Coatings Technology. 2008. V. 202. P. 3913—3920.Sharkeev Yu.P., Legostaeva E.V., Eroshenko A.Yu. et al. The structure and physical and mechanical properties of a novel biocomposite material, nanostructured titanium-calcium-phosphate coating // Composite Interfaces. 2009. V. 16. P. 535—546.Sharkeev Yu.P., Legostaeva E.V., Eroshenko A.Yu. et al. The structure and physical and mechanical properties of a novel biocomposite material, nanostructured titanium-calcium-phosphate coating // Composite Interfaces. 2009. V. 16. P. 535—546.Surmenev R.A. A review of plasma-assisted methods for cal-cium phosphate-based coatings fabrication // Surface & Coatings Technology. 2012. V. 206. I. 8—9. P. 2035—2056.Surmenev R.A. A review of plasma-assisted methods for cal-cium phosphate-based coatings fabrication // Surface & Coatings Technology. 2012. V. 206. I. 8—9. P. 2035—2056.Surmenev R.A., Surmeneva M.A., Evdokimov K.E. et al. The influence of the deposition parameters on the properties of an rf-magnetron-deposited nanostructured calcium phosphate coating and a possible growth mechanism // Surface and Coatings Technology. 2011. V. 205. P. 3600—3606.Surmenev R.A., Surmeneva M.A., Evdokimov K.E. et al. The influence of the deposition parameters on the properties of an rf-magnetron-deposited nanostructured calcium phosphate coating and a possible growth mechanism // Surface and Coatings Technology. 2011. V. 205. P. 3600—3606.Tepperman K., Roy P.W., Moloney B.F., Elder R.C. Dicy-anogold effects on lymphokine production // Met. Based Drugs. 1999. V. 6 (4—5). P. 301—309.Tepperman K., Roy P.W., Moloney B.F., Elder R.C. Dicy-anogold effects on lymphokine production // Met. Based Drugs. 1999. V. 6 (4—5). P. 301—309.

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