文摘

部分氟取代羟磷灰石(FHA)涂布Mg-Zn合金准备调查的界面行为与可降解生物活性涂层降解Mg-based生物材料细胞培养环境。山峰从x射线衍射(XRD)表征的结果和比较之前和之后的细胞培养。发现Ca-P,包括差水晶ion-substituted Ca-deficient公顷(CDHA),成立于大量的界面涂层样品相比,裸的。Ca-P形成的热力学机制在生物可降解镁合金提出了在细胞培养环境中。结合改进的细胞钙化,联邦住宅管理局涂布Mg合金有能力促进CDHA形成,如预期的那样热。建议的具体细胞培养环境和骨突FHA涂层在一起便于观察到的行为。此外,细胞培养环境可能增加了生物矿化的可检测水平影响磷灰石形成的动力学。

1。介绍

生物体的生物矿物的形成通常被称为生物矿化(1- - - - - -3]。的一个重要成分是Ca-P-rich层。骨科植入物的使用由Mg-based可生物降解的生物材料,这些地层可能不仅包括矿物质从细胞也沉淀从周围的解决方案。大多数研究在生物可降解镁注意周围的细胞和组织的行为,因为生物的存在。但小努力一直致力于生物材料的界面的变化后用于细胞培养环境。这里介绍的研究的目的是试图描述接口的行为在一个细胞培养环境。与此同时,行为的价格相比修改模拟体液(m-SBF) [4]。

针对基于我们之前的研究(5,6),Ca FHA-coated(名义上的公式₅(PO₄)₃(哦)_{1 - x}F_x显示)Mg-Zn合金耐蚀性比的电镀观察(名义CaHPO公式₄·2 h₂O)和HA(名义公式Ca₁₀(PO₄)₆(哦)₂)选择和准备测试样品。

2。材料和方法

2.1。涂层制备

电解液为捏造FHA涂层毫克合金电沉积过程包含0.042 Ca(没有₃)₄h·4₂啊,0.1纳米₃0.025米,NH₄H₂阿宝₄6卷% H₂O₂,1 -氟化钠。这是首先准备根据我们以往的研究(5,7]。挤压Mg-Zn合金作为衬底。化学成分中可以看到我们之前的研究(8]。电沉积的电流密度是0.5 mA /厘米²处理时间是2 - 3小时。涂层的厚度大约是2 - 8μ米(5,6]。样本随后由环氧乙烷(EO)气体消毒。为了减少剩余的EO,所有标本包括消毒裸合金被放置到层流柜前两周细胞培养实验。中描述的特征是和我们之前的研究(5,6]。

2.2。在细胞培养环境的行为

关于人类骨髓基质细胞(hBMSCs)被播种在每个基质有或没有涂料。样品与正常细胞培养和成骨的αmem使用和改变每3天。细胞由部门在上海第九人民医院的骨科手术根据报道方法(9]。细胞培养基(αmem、表达载体、卡尔斯巴德,CA)包含10%胎牛血清(的边后卫,PAA)和改性是通过添加50成骨的一个μg / mL L-ascorbic酸、甘油磷酸酯10毫米,100 nM地塞米松诱导的成骨细胞的分化。14天之后,样本洗PBS和固定在95%乙醇。的矿物质被孵化的样品标签培养基含有四环素(约30分钟10]。然后,生物矿化的区域观察到Axio荧光显微镜(生物医学机器卡尔蔡司、范围A1)和Image-Pro +计算软件(美国)。统计分析,三个复制每组样品的材料进行了测试。所有数据显示为意味着±标准错误。钙的口供使用六个照片每个样本进行评估。被定义为统计上的差异在单向方差分析分析。接口的行为是评估通过分析相变前后的细胞培养。这些细胞被分离的样品使用trypsin-EDTA(表达载体;卡尔斯巴德,CA)。后来,XRD(机器Rigaku, D / MAX255)数据收集从20°到60°(2θ)使用CuKα辐射的步骤0.02°的扫描速度5°/分钟。XRD模式比较与曲线检测在前面m-SBF浸渍试验(4,5]。三个复制测试每组样品的材料和典型曲线。

3所示。结果

细胞形成矿化结节的能力是生物材料生物矿化的一个重要组成部分。图1揭示了代表矿化结节的形态在第14天。少量的大结节Mg-Zn合金(图上观察到1(一)),而大量的小企业FHA-coated合金(图上可以看到1 (b))。因此,整个彩色成矿区域是更大的涂层样品比裸的,如图1 (c)。定量差异有统计定义在单向方差分析分析。

可以看到,如图2(一个)以外,没有其他山峰Mg后分离的细胞Mg-Zn合金。至于FHA-coated Mg-Zn合金,山峰被确定在图2 (b)。之间没有显著差异曲线进行曲线b,除了弱峰的晶面(2 1 3)曲线b。没有明显的变化出现在m-SBF[14天浸泡后4],它被广泛用于评估生物降解材料的降解。相反,它应该注意到所有的联邦住房管理局山峰存在几乎一样可以看到在14天后曲线c细胞培养环境。重要的是,主要山峰属于HA显示没有信号m-SBF浸渍试验曲线c已近在眼前。与此同时,周围的山峰°是与强烈的混合(1 0 0)的峰值镁变得更加清晰。其中混合山峰,HA的主要山峰标记(2 1 1),(3 0 0),(2 1 3)出现了。氟磷灰石的山峰转移大约在同一平面。结果,界面后14天剩余的细胞培养由FHA涂层和新出现的不良水晶CDHA,可以看到图3 (b)。样品之间的明显差异m-SBF浸泡试验和细胞培养环境可能表明细胞培养环境在促进生物矿化的能力水平。促进能力出现在更多更好的外观结晶Ca-P生物材料的界面上形成。此外,FHA涂层也可能导致增强的生物矿化与裸Mg-Zn合金相比。

4所示。讨论

大量的调查人员发现,相同的镁合金的腐蚀速率获得不同类型的腐蚀测试通常表现出不同的腐蚀率(11,12]。蛋白质如白蛋白已经证明形成一层corrosion-blocking镁合金在体外实验13,14]。与此同时,离子释放镁基地和接口也可以工作在细胞功能,它可以反应降解的生物材料。因此,本文的主要推力改变界面的生物材料在细胞培养环境中,这是很重要的在骨折愈合和固定。

4.1。影响细胞的矿化

从细胞的角度,结果在图1证明所有的样本支持hBMSCs的矿化行为。永久四环素标签可以与钙化的骨矿物质沉积前的活跃的新类骨质矿化,从而在中心的新骨形成10,15- - - - - -17]。可以看到,大量的结节小面积出现在FHA-coated样本较少但更广泛的Mg-Zn合金。我们发现Mg-Zn合金可以更快地进行hBMSCs进入分化阶段比FHA-coated [6]。这些可能会导致更广泛的区域,如图1(一)。但与此同时,高碱性环境不适合细胞生活可能导致较小的数字Mg-Zn合金。因此,整个地区的彩色矿化涂层样品比在裸。因此,FHA-coating可以帮助生物矿化的hBMSCs Mg-Zn合金相比没有涂层。

4.2。在细胞培养环境中行为的接口

当焦点切换到植入物的行为,发现FHA-coated合金不同的界面行为的整个细胞培养环境。在毫克研究领域,m-SBF是广泛应用于体外浸泡试验由于其稳定性和相似性血浆的离子浓度(4),可以看到在桌子上1。然而,细胞培养环境中不同介质的组件设计为不同的细胞类型和文化目标,即使是相同的产品,不同的目录数据。例如,αmem、D-MEM E-MEM为不同的细胞,以及常见的介质与成骨的相比的。除了考虑以上不同种类的媒介,组件之间有显著差异αmem和m-SBF。根据表1,有更多的添加剂对于活细胞培养基。此外,蛋白质如胎牛血清的边后卫和成骨的添加剂也包含在本研究的文化环境。所有的添加剂以及离子的无机盐培养基不动。浓度下会改变细胞吸收和分泌的影响。这就是为什么细胞培养基应该改变每几天确保细胞是活的。因为活细胞和培养基之间紧密的相关性,他们作为一个因素,称为整个细胞培养环境在这个研究。

分离的解决方案是trypsin-EDTA(表达载体;卡尔斯巴德,CA)可以完全分离的细胞和小腐蚀产物释放Mg之间的络合反应^{2 +}和EDTA (18,19]。因此,x射线衍射模式接口的结构本身。至于裸Mg-Zn合金,未发现其他山峰除了毫克的模式。大多数的腐蚀产物可能冲走由于低precipitation-interface分离结合的解决方案。另一个可能性是无定形的口供。因此,XRD无法检测峰值。然而,至于FHA-coated Mg-Zn合金,它应该注意到更多的山峰属于CDHA细胞培养后出现。矿物形成优于裸Mg-Zn合金。在细胞培养环境中后14天,剩下的接口是由FHA涂层和口供包括CDHA。成分非常不同于界面后14天的沉浸在m-SBF。

4.3。典型性的可生物降解的Mg的研究

降水的媒介是生物矿化在生物可降解的生物材料研究的一个重要组成部分。对于每个结晶和沉淀的过程,最重要的要求是过度饱和,即发生成核的驱动力。根据研究由山本和Hiromoto12),热力学沉淀行为αmem是预测和估计如下。的浓度选择αmem、液体生产表的表达载体1。计算是基于数据25°C的情况显示在37°C (20.),因为后面的是不可用的。估计平衡浓度是

在哪里,,H的离解常数吗₃阿宝₄,,作为,,(12,21]。()αmem约1.01毫米Mg合金开始降低时,当地的pH值会迅速增加使(H⁺)强烈减少。平衡浓度()将更大,同时[哦⁻)也将增加。当溶液的pH值7.4开始,(H⁺)是关于M和[哦⁻)是关于M。的平衡浓度在pH值为7.4根据上面的方程。K_sp化学计量的约10公顷⁻¹¹⁷ (20.,22- - - - - -24]。由于M Ca^{2 +}在αmem、离子积 。因此HA将沉淀热动力根据,从一开始的测试。当降水发生,CDHA形式而不是纯HA因为其他无机离子的存在的解决方案。同样,成核磷酸钙的机会或其他磷酸镁也可以以同样的方式计算特别是当介质的pH值增加(12]。镁合金和涂料开始降低时,所有Ca的浓度^{2 +},,哦⁻将会增加。的根据前面的方程将会更大。因此,CDHA可能更容易沉淀在镁合金的降解根据热力学计算。的出现主要山峰14公顷的结果证实了这个建议。

此外,丰富的钙^{2 +}和可用于离子动员和参与细胞钙化,这在生物矿化中扮演另一个重要的角色除了降水(25,26]。结合更好的细胞钙化,FHA-coated Mg CDHA形成合金有能力。和另一个Ca-P-rich层的形成可以转化为稳定CDHA接口的涂层样品,可以看到在图2 (b)。磷灰石的形成既是热动力预期活动支持。整个细胞培养环境可能增强的能力主要是在动能,这需要更详细的研究来阐明。

5。结论

一种Ca-deficient,部分F取代羟磷灰石(FHA)——涂料是由Mg-Zn合金电沉积过程。细胞培养环境的界面行为的特征x射线衍射。与人工生物环境像m-SBF相比,越来越迅速形成稳定Ca-P形成包括水晶CDHA不良诱导的界面涂层样品。特定的细胞培养环境和骨突涂料一起促进这一现象的出现。此外,细胞培养环境促进了生物矿化行为到可检测水平。

确认

本文是由中国国家基础研究计划(973计划,没有。2012 cb619102),中国“863”高科技计划(没有。2009 aa03z424),中国自然科学基金会(没有。30901422),上海交通大学跨学科研究格兰特(YG2010MS45 YG2009MS53号,和YG2010MS46)和上海重点实验室开放项目的骨科植入物(KFKT2011002)。作者感谢讨论和帮助马克·迈耶斯教授在加州大学圣地亚哥分校,加州,美国。