Влияние комбинированной стерилизации на структурно-функциональные свойства костных имплантатов: исследование радиационно-индуцированных изменений коллагена

Представлен комплексный анализ влияния радиационного и комбинированного воздействия на структуру и свойства костной ткани, с особым акцентом на изменения в коллагеновой матрице. Разработана математическая модель, описывающая изменения межфибриллярных расстояний в коллагене, что позволило количественно связать дозовую нагрузку с уровнем деструкции белковой матрицы. Установлено, что комбинированная стерилизация позволяет снизить дозу облучения до 12 кГр, сохраняя при этом структурную целостность коллагена и механические свойства костного материала. Предложена модель деградации коллагена под действием радиации, связывающая дозовую нагрузку с изменением межмолекулярных расстояний; установлена количественная корреляция между параметрами Δr (по модели) и структурными изменениями коллагена; экспериментально доказана возможность снижения радиационной дозы при сохранении стерилизующего эффекта благодаря озоновой предобработке.

1. Brown S., Higham C., Slon V. [et al.] Identification of a new hominin bone from Denisova Cave, Siberia using collagen fingerprinting and mitochondrial DNA analysis. Scientific Reports. 2016; 6(1):23559.

2. Cho W.T., Kim S.Y., Jung S.I. [et al.] Effects of Gamma Radiation-Induced Crosslinking of Collagen Type I Coated Dental Titanium Implants on Osseointegration and Bone Regeneration. Materials (Basel). 2021; 14(12):3268.

3. Crocker D.B., Akkus O., Oest M.E. [et al.] The influence of radiation-induced collagen chain fragmentation, crosslinking, and sequential irradiation on the high-cycle fatigue life of human cortical bone. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2024; 160:106759.

4. Fan L., Ren Y., Emmert S. [et al.] The Use of Collagen-Based Materials in Bone Tissue Engineering. International Journal of Molecular Sciences. 2023; 24(4):3744.

5. Kawahara K. [et al.] Identification of animal species by the MALDI-MS of collagen in animal glues of Chinese ink sticks. Proceedings of the 59th ASMS Conference and Allied Topics, Denver, CO. 2011.

6. Nakazawa T. [et al.] Mass Spectrometry of Collagen Preserved in Neolithic Animal Bones for the Identification of Species. Proceedings of the 66th ASMS Conference and Allied Topics, San Diego, CA. 2018.

7. Ng K., Allam N., Neshatian M. [et al.] Effects of Ionizing Radiation on the Biophysical Properties of Type I Collagen Fibrils. PLOS ONE. 2025; 20(4):e0319777. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0319777

8. Nikolaeva N.A., Rozanov V.V., Chernyaev A.P. [et al.] The influence of combined sterilization factors on the structural and functional characteristics of bone implants. International Journal of Molecular Sciences. 2023; 24(19):14426.

9. Pendleton M.M., Emerzian S.R., Liu J. [et al.] Effects of ex vivo ionizing radiation on collagen structure and whole-bone mechanical properties of mouse vertebrae. Bone. 2019; 128:115043.

10. Rozanov V.V., Matveichuk I.V., Chernyaev A.P. [et al.] Changes in the Morphological and Mechanical Characteristics of Bone Implants upon Radiation Sterilization. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2019; 83(10):1311–1315.

11. Rou L., Shiqing X., Yanning G. [et al.] Application of collagen in bone regeneration. Journal of Orthopaedic Translation. 2025; 50:129–143.