vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2024-21-4-271-281vestim-996Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEБиосовместимость легированного бором пиролитического углеродаBiocompatibility of boron-enriched pyrolitic carbonДемиденкоМ. И.DemidenkoM. I.

Демиденко Марина Ивановна – заведующий лабораторией

ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск

Marina I. Demidenko – Head of the Laboratory

11, Bobruiskaya Str., 220006, Minsk

midemidenko67@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9982-0719ЖаворонокИ. П.ZhavoronokI. P.

Жаворонок Ирина Петровна – канд. биол. наук, заве- дующий лабораторией

ул. Академическая, 28, 220072, г. Минск

Irina P. Zhavoronok – Ph. D. (Biol.), Head of the Laboratory

28, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

iri8308@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2845-4744АдамчукД. В.AdamchukD. V.

Адамчук Дмитрий Вячеславович – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск

Dmitry V. Adamchuk – Ph. D. (Physics and Mathematics),  Senior Researcher

11, Bobruiskaya Str., 220006, Minsk

adamchuk.dzmitry@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0002-1113-7323КулаговаТ. А.KulahavaT A.

Кулагова Татьяна Александровна – канд. биол. наук,  доцент, заведующий сектором

ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск

Tatsiana A. Kulahava – Ph. D. (Biol.), Associate Professor, Head of the Sector

11, Bobruiskaya Str., 220006, Minsk

tatyana.kulagova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5418-0874АнтиповаО. А.AntipovaO. A.

Антипова Ольга Александровна – науч. сотрудник

ул. Академическая, 28, 220072, г. Минск

Olga A. Antipova – Researcher

28, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

mayuha@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1878-9623БасалайА. А.BasalaiA. A.

Басалай Анастасия Александровна – науч. сотрудник

ул. Академическая, 28, 220072, г. Минск

Anastasia A. Basalai – Researcher

28, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

anastasiya.basalay@gmail.comКузнецоваТ. Е.KuznetsovaT. E.

Кузнецова Татьяна Евгеньевна – канд. биол. наук, вед.  науч. сотрудник

ул. Академическая, 28, 220072, г. Минск

Tatyana E. Kuznetsova – Ph. D. (Biol.), Leading Researcher

28, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

tania_k@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8271-0449МаксименкоС. А.MaksimenkoS. A.

Максименко Сергей Афанасьевич – д-р физ.-мат. наук,  профессор, директор

ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск

Sergey A. Maksimenko – D. Sc. (Physics and Mathe- matics), Professor, Director

 

sergey.maksimenko@gmail.comИнститут ядерных проблем БГУInstitute for Nuclear Problems of the Belarusian State UniversityИнститут физиологии НАН БеларусиInstitute for Nuclear Problems of the Belarusian State University202430112024214271281Copyright © Демиденко М.И., Жаворонок И.П., Адамчук Д.В., Кулагова Т.А., Антипова О.А., Басалай А.А., Кузнецова Т.Е., Максименко С.А., 20242024Демиденко М.И., Жаворонок И.П., Адамчук Д.В., Кулагова Т.А., Антипова О.А., Басалай А.А., Кузнецова Т.Е., Максименко С.А.Demidenko M.I., Zhavoronok I.P., Adamchuk D.V., Kulahava T.A., Antipova O.A., Basalai A.A., Kuznetsova T.E., Maksimenko S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/996

В НИИ ядерных проблем БГУ (НИИ ЯП БГУ) разработана установка и оптимизирована технология синтеза легированного бором пироуглерода ‒ материала, используемого в конструкциях эндопротезов клапанов сердца.

Цель настоящей работы ‒ оценка общего и биохимического анализа крови, массовых коэффициентов органов животных и динамики реакций тканей крыс на имплантацию пироуглеродного материала в подкожные ткани межлопаточной области.

Мониторинг показателей животных осуществляли в течение 90 сут. По данным морфометрического исследования, во все сроки наблюдения синтезированный в НИИ ЯП БГУ пироуглерод, легированный бором, видимо,  не оказывает раздражающего действия на ткани по сравнению с контрольным образцом. Не выявлено существенного влияния имплантации образцов материала из пиролитического углерода на изучаемые параметры общего и биохимического анализа крови крыс по сравнению со здоровыми животными. По результатам проведенной некропсии установлено, что в разные сроки после имплантации животным материала из пиролитического углерода показатели массы и массовых коэффициентов органов животных не выходят за пределы физиологической нормы.

Таким образом, легированный бором пироуглеродный материал по характеристикам биосовместимости может быть использован для изготовления эндопротезов клапанов сердца.

The Institute for Nuclear Problems of the Belarusian State University (INP BSU) has developed equipment  and optimized the technology for synthesizing boron-doped pyrocarbon, a material for application in heart valve endoprostheses.

The purpose of this work was to evaluate the general and biochemical blood tests, mass coefficients of animal organs  and the dynamics of reactions of rat tissues to implantation of pyrocarbon material in the subcutaneous tissues of the interscapular region.

 Animals were monitored for 90 days. According to the morphometric data, the boron-doped pyrocarbon, synthesized  in INP BSU, was found to be non-irritating to the tissue in comparison with the control sample during all periods of observation. There was no significant effect of implantation of pyrolytic carbon on the parameters of the blood general and biochemical  analysis in rats compared with healthy animals. The results of necropsy showed that the mass of organs and mass coefficients  of animals did not deviate from the physiological norm during different periods of pyrocarbon sample implantation.

Thus, the boron-doped pyrocarbon material synthesized in INP BSU can be used for manufacturing heart valve endoprostheses.

пиролитический углеродэндопротез клапана сердцаимплантатбиосовместимостьpyrolytic carbonheart valve endoprosthesisimplantbiocompatibilityReferencesPyrolytic carbon for long-term medical implants / R. B. More [et al.] // Biomaterials Science / ed. B. D. Ratner. – Oxford, 2013. – P. 209–222. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-087780-8.00023-1More R. B., Haubold A. D., Bokros J. C. Pyrolytic carbon for long-term medical implants. Biomaterials Science. Oxford, 2013, pp. 209–222. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-087780-8.00023-1Bokros, J. C. Carbon biomedical devices / J. C. Bokros // Carbon. – 1977. – Vol. 15, N 6. – P. 353–371. https://doi. org/10.1016/0008-6223(77)90324-4Bokros J. C. Carbon biomedical devices. Carbon, 1977, vol. 15, no. 6, pp. 353–371. https://doi.org/10.1016/0008-6223(77)90324-4Biological and functional evaluation of a novel pyrolytic carbon implant for the treatment of focal osteochondral defects in the medial femoral condyle: assessment in a canine model / S. L. Salkeld [et al.] // J. Orthop. Surg. Res. – 2016. – Vol. 11. – Art. 155. https://doi.org/10.1186/s13018-016-0488-5Salkeld S. L., Patron L. P., Lien J. C., Cook S. D., Jones D. G. Biological and functional evaluation of a novel pyrolytic carbon implant for the treatment of focal osteochondral defects in the medial femoral condyle: assessment in a canine model. Journal of Orthopaedic Surgery and Research, 2016, vol. 11, art. 155. https://doi.org/10.1186/s13018-016-0488-5Маянов, Е. Углеродные материалы в хирургии / Е. Маянов, П. Золкин, Х. Аберяхимов // Медицина. Целевые проекты. – 2015. – № 21. – С. 1–12.Mayanov E., Zolkin P., Aberyakhimov Kh. Carbon materials in surgery. Medicina celevye proekty = Medicine targeted projects, 2015, no. 21, pp. 1–12 (in Russian).Sadeghi, H. Dysfonctions des prothèses valvulaires cardiaques et leur traitement chirurgical [Dysfunctions of heart valve prostheses and their surgical treatment] / H. Sadeghi // Schwiez. Med. Wochenschr. – 1987. – Vol. 117, N 43. – P. 1665–1670.Sadeghi H. Dysfonctions des prothèses valvulaires cardiaques et leur traitement chirurgical [Dysfunctions of heart valve prostheses and their surgical treatment]. Schweizerische Medizinische Wochenschrift, 1987, vol. 117, no. 43, pp. 1665–1670 (in French).Cyclic fatigue-crack propagation, stress-corrosion, and fracture-toughness behavior in pyrolytic carbon-coated graphite for prosthetic heart valve applications / R. O. Ritchie [et al.] // J. Biomed. Mat. Res. – 1990. – Vol. 24, N 2. – P. 189–206. https://doi.org/10.1002/jbm.820240206Ritchie R. O., Dauskardt R. H., Yu W. K., Brendzel A. M. Cyclic fatigue-crack propagation, stress-corrosion, and fracture-toughness behavior in pyrolytic carbon-coated graphite for prosthetic heart valve applications. Journal of Biomedical Materials Research, 1990, vol. 24, no. 2, pp. 189–206. https://doi.org/10.1002/jbm.820240206Beavan, L. A. Evaluation of fatigue in pyrolite carbon // Bioceramics / L. A. Beavan, D. W. James, J. L. Kepner; ed.: P. Ducheyne, D. Christiansen. – Oxford, 1993. – Vol. 6. – P. 205–210.Beavan L. A., James D. W., Kepner J. L. Evaluation of fatigue in pyrolite carbon. Bioceramics. Oxford, 1993, vol. 6, pp. 205–210.Beckenbaugh, R. D. Osseointegration and mechanical stability of pyrocarbon and titanium hand implants in a loadbearing in vivo model for small joint arthroplasty / R. D. Beckenbaugh, J. Klawitter, S. Cook // J. Hand. Surg. Am. – 2006. – Vol. 31, N 7. – P. 1240–1241. https://doi.org/10.1016/j.jhsa.2006.05.009Beckenbaugh R. D., Klawitter J., Cook S. Osseointegration and mechanical stability of pyrocarbon and titanium hand implants in a load-bearing in vivo model for small joint arthroplasty. Journal of Hand Surgery (American volume), 2006, vol. 31, no. 7, pp. 1240–1241. https://doi.org/10.1016/j.jhsa.2006.05.009Problematic bone fixation with pyrocarbon implants in proximal interphalangeal joint replacement: short-term results / D. B. Herren [et al.] // J. Hand. Surg. Am. – 2006. – Vol. 31, N 6. – P. 643–651. https://doi.org/10.1016/j.jhsb.2006.08.004Herren D. B., Schindele S., Goldhahn J., Simmen B. R. Problematic bone fixation with pyrocarbon implants in proximal interphalangeal joint replacement: short-term results. Journal of Hand Surgery (American volume), 2006, vol. 31, no. 6, pp. 643–651. https://doi.org/10.1016/j.jhsb.2006.08.004Long-term follow-up of pyrocarbon metacarpophalangeal implants / S. D. Cook [et al.] // J. Bone Joint. Surg. Am. – 1999. – Vol. 81, N 5. – P. 635–648. https://doi.org/10.2106/00004623-199905000-00005Cook S. D., Beckenbaugh R. D., Redondo J., Popich L. S., Klawitter J. J., Linscheid R. L. Long-term follow-up of pyrocarbon metacarpophalangeal implants. Journal of Bone and Joint Surgery (American volume), 1999, vol. 81, no. 5, pp. 635–648. https://doi.org/10.2106/00004623-199905000-00005Результаты хирургического лечения переломов позвоночника с применением наноструктурных углеродных имплантатов (мультицентровое исследование) / С. В. Колесов [и др.] // XI Всероссийский съезд травматологовортопедов: материалы конф., Санкт-Петербург, 11–13 апр. 2018 г.: в 3 т. / Нац. мед. исслед. центр травматологии и ортопедии, Ассоц. травматологов-ортопедов России. – СПб., 2018. – Т. 3. – С. 473–475.Kolesov S. V., Kolbovskii D. A., Rerikh V. V., Vishnevskii A. A., Basankin I. V., Skorina I. V., Kaz’min A. I., Pereverzev V. S., Panteleev A. A. Results of surgical treatment of vertebral fractures using nanostructured carbon implants (multicenter study). XI Vserossiiskii s’’ezd travmatologov-ortopedov: materialy konferentsii, Sankt-Peterburg, 11–13 aprelya 2018 goda. Tom 3 [XI All-Russian Congress of Traumatologists and Orthopedists: Conference Proceedings, St. Petersburg, April 11–13, 2018. Vol. 3]. Saint Petersburg, 2018, pp. 473–475 (in Russian).Экспериментальное обоснование преимуществ пары трения эндопротеза тазобедренного сустава из пироуглерода / А. Н. Митрошин [и др.] // XI Всероссийский съезд травматологов-ортопедов: материалы конф., СанктПетербург, 11–13 апр. 2018 г.: в 3 т. / Нац. мед. исслед. центр травматологии и ортопедии, Ассоц. травматологовортопедов России. – СПб., 2018. – Т. 3. – С. 161–162.Mitroshin A. N., Kibitkin A. S., Ksenofontov D. A., Kosmynin D. A. Experimental substantiation of the advantages of a friction pair of a pyrocarbon endoprosthesis of the hip joint. XI Vserossiiskii s’’ezd travmatologov-ortopedov: materialy konferentsii, Sankt-Peterburg, 11–13 aprelya 2018 goda. Tom 3 [XI All-Russian Congress of Traumatologists and Orthopedists: Conference Proceedings, St. Petersburg, April 11–13, 2018. Vol. 3]. Saint Petersburg, 2018, pp. 161–162 (in Russian).Легированный бором пиролитический углерод: материал для биомедицинского и инженерно-технического применения / М. И. Демиденко [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2023. – Т. 67, № 3. – С. 250–256.Demidenko M. I., Adamchuk D. V., Rusanov A. P., Sirotkin S. V., Ivan’ko L. V., Maksimenko S. A. Boron-enriched pyrolitic carbon: material for biomedical and engineering-technical applications. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2023, vol. 67, no. 3, pp. 250–256 (in Russian).High temperature synthesis and material properties of boron-enriched balk pyrolytic carbon / M. Demidenko [et al.] // Mater. Sci. Eng. B – 2024. – Vol. 307. – P. 117491. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2024.117491Demidenko M., Adamchuk D., Liubimau A., Uglov V., Ishchenko A., Chekan M., Khama M., Maksimenko S. High temperature synthesis and material properties of boron-enriched balk pyrolytic carbon. Materials Science and Engineering B, 2024, vol. 307, p. 117491. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2024.117491Протезы клапанов сердца. Часть 1. Общие технические требования и методы испытаний: ГОСТ 31618.1-2012. – М.: Стандартинформ, 2013. – 28 c.State Standard 31618.1-2012. Prosthetic heart valves. Part 1: General specifications and test methods. Moscow, Standartinform Publ., 2013. 28 p. (in Russian).Санитарные правила и нормы 2.1.2.12–18–2006 «Устройство, оборудование и содержание экспериментальнобиологических клиник (вивариев)»: утв. постановлением Гл. гос. санитар. врача Респ. Беларусь 31 окт. 2006 г., № 131.Sanitary rules and norms 2.1.2.12–18–2006 “Device, equipment and maintenance of experimental biological clinics (vivariums)”: approved by the Decree of the Chief State Sanitary Doctor of the Republic of Belarus, No. 131, October 31, 2006 (in Russian).Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств: в 2 ч. / редкол.: А. Н. Миронов (предс.) [и др.]. – М.: Гриф и К, 2012. – Ч. 1. – 944 с.Mironov A. N. (ed.). A guide to preclinical drug research. Moscow, Grif i K Publ., 2012. 944 p. (in Russian).European convention for the protection of vertebrate animals used for experimentation and other scientific purposes, n 123 of March 18, 1986; protocol of amendment to the european convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. ‒ Strasbourg, 1998. – 48 p.European convention for the protection of vertebrate animals used for experimentation and other scientific purposes, n 123 of March 18, 1986; protocol of amendment to the european convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. Strasbourg, June 22, 1998. 48 p.Автандилов, Г. Г. Медицинская морфометрия: руководство / Г. Г. Автандилов. – М.: Медицина, 1990. – 384 с.Avtandilov G. G. Medical morphometry. Moscow, Meditsina Publ., 1990. 384 p. (in Russian).Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 6. Исследования местного действия после имплантации: ГОСТ ИСО 10993-6-2011. – М.: Стандартинформ, 2013. – 23 c.State Standard 10993-6-2011. Medical products. Evaluation of the biological effect of medical devices. Part 6. Local action studies after implantation. Moscow, Standartinform Publ., 2013. 23 p. (in Russian).Краткий справочник лабораторных исследований ИООО «Синэво» / У. Г. Борейко [и др.]; под ред. В. В. Шило, О. В. Небыльцовой. – Минск: Смэлток, 2016. – 630 с.Glazkova S. E., Kugaev O. L., Luk’yanenok D. M., Novikova I. N., Parkhamovich V. N., Turkovskii G. S. [et al.]. Concise reference book of laboratory researches of IOOO “Sinevo”. Minsk, Smeltok Publ., 2016. 630 p. (in Russian).

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