- Tytuł:
-
Ocena cytozgodnosci in vitro ceramicznych substytutów tkanki kostnej opartych na α-TCP
Evaluation of in vitro cytocompatibility of ceramic bone substitutes based on α-TCP - Autorzy:
-
Noga, M.
Olkowski, R.
Lewandowska-Szumieł, M.
Siek, D.
Czechowska, J.
Zima, A.
Ślósarczyk, A. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/284476.pdf
- Data publikacji:
- 2012
- Wydawca:
- Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Polskie Towarzystwo Biominerałów
- Tematy:
-
cytozgodność
tkanka kostna
fosforan wapnia
cytocompatibility
bone
bone substitute - Opis:
-
Fosforany wapnia (CaPs) ze względu na ich mineralogiczne podobieństwo do nieorganicznego składnika kości oraz zdolność do tworzenia bezpośredniego wiązania z tkanką kostną stanowią obiecującą grupę biomateriałów kościozastępczych. W celu sprawdzenia cytozgodności potencjalnych materiałów implantacyjnych stosuje się wiele różnych testów analizujących zmiany w integralności błony komórkowej, aktywności enzymów związanych z metabolizmem komórki czy też zdolności do proliferacji. Pozytywny wynik cytozgodności in vitro pozwala na dopuszczenie materiału do dalszych badań in vivo. Celem niniejszej pracy była ocena cytozgodności in vitro cementów kostnych opartych na fosforanie wapnia w odmianie krystalograficznej а (α-TCP). Wykonano badania cytozgodności następujących materiałów ceramicznych typu cementowego oznaczonych jako: T-AP (na bazie α-TCP), TK-APi TK-CM (na bazie α-TCP i kalcytu) oraz AHT-M i CHMT-M (opartych na α-TCP i hydroksyapatycie dotowanym odpowiednio srebrem lub magnezem). Do badania cytotozgodności materiałów wykorzystano linię komórek MG-63. Komórki te posiadają fenotyp osteoblastów we wczesnej fazie różnicowania i stanowią model komórek kostnych w badaniach in vitro. Wszystkie rodzaje próbek zasiedlono komórkami MG-63, a po 48 godz. hodowli oznaczono aktywność metaboliczną komórek za pomocą testu XTT. Część próbek ceramicznych poddano przed zasiedleniem godzinnej preinkubacji w pożywce hodowlanej. Ponadto wykonano pomiar stężenia jonów wapnia w pożywce pobranej z hodowli komórek na próbkach ceramicznych oraz w pożywce, w której przez 24 godz. ekstrahowane były materiały. Komórki MG-63 hodowano w obecności wyciągów z materiałów ceramicznych o stężeniu 100% (pełen wyciąg), 50%, 25%, 12,5% i 0% (czysta pożywka hodowlana). Aktywność metaboliczną komórek zbadano po 24 i 48 godzinach hodowli za pomocą testu XTT. Komórki poddano także obserwacji mikroskopowej. Przeprowadzono ciągłą obserwację mikroskopową komórek w kontakcie z każdym z materiałów. Komórki wysiano do 48-studzienkowej płytki hodowlanej, a następnie w studzienkach umieszczono próbki ceramiczne i przez 72 godziny rejestrowano obraz w hodowli komórek.
Materiały oznaczone jako T-AP, TK-AP, AHT-M, CHMT-M obniżały zawartość jonów wapniowych w pożywce hodowlanej. TK-CM nie zmieniał stężenia tych jonów w medium hodowlanym. Komórki MG-63 hodowane bezpośrednio na próbkach ceramicznych wykazały niską aktywność metaboliczną na wszystkich zbadanych materiałach. Jednak preinkubacja materiałów w pożywce hodowlanej częściowo poprawiła przeżywalność komórek. Aktywność metaboliczna komórek hodowanych na materiałach T-AP, TK-AP i TK-CM poddanych preinkubacji wzrosła kilkukrotnie w stosunku do nieinkubowanych materiałów. Wyciągi z badanych materiałów ceramicznych cechowały się wysoką cytozgodnością we wszystkich rozcieńczeniach badanych roztworów. Obserwacja w czasie rzeczywistym komórek MG- 63 hodowanych w obecności materiałów ceramicznych pokazała, że badane próbki nie miały negatywnego wpływu na zachowanie się i morfologię komórek. Cytozgodność wszystkich badanych materiałów w hodowli komórek z ekstraktami z próbek ceramicznych pokazała, iż obniżenie stężenia jonów wapnia w pożywce hodowlanej nie miało negatywnego wpływu na przeżywalność i zachowanie się komórek MG63. Niska aktywność metaboliczna komórek w hodowli w bezpośrednim kontakcie w porównaniu z obserwacją w czasie rzeczywistym może wynikać z mniejszej objętości pożywki hodowlanej, a przez to większej ekspozycji komórek na nierównowagę jonową w medium hodowlanym. Przeżywalność komórek in vitro w kontakcie z materiałami ceramicznymi była znamiennie wyższa w układach eksperymentalnych w większej objętości medium. Ponadto preinkubacja przebadanych próbek poprawiła aktywność metaboliczną komórek hodowanych na materiałach, co nasuwa możliwości optymalizacji warunków hodowli in vitro. Na podstawie wyników hodowli w bezpośrednim kontakcie z materiałami po wcześniejszej preinkubacji zauważono, że komórki hodowane na próbkach na bazie α-TCP oraz α-TCP i kalcytu charakteryzowały się większą przeżywalnością w porównaniu z komórkami wysianymi na materiałach opartych na α-TCP i hydroksyapatycie.
Due to their mineralogical similarity to the inorganic component of bone and the ability to bond with bone tissue phosphates of calcium (CaPs) are a promising group of bone substitutes. In order to investigate cytocompatibility of potential implant materials there are a wide range of tests analyzing changes in cell membrane integrity, activity of enzymes associated with cell metabolism or the ability of cells to proliferation. A positive outcome of in vitro cytocompatibility allows to perform in vivo study of tested materials. The aim of this work was to evaluate in vitro cytocompatibility of bone cements based on calcium phosphate with a crystal structure (α-TCP). Cytocompatibility of the following cement materials has been tested: T-AP (based on α-TCP), TK-AP, TK-CM (based on α-TCP-calcite) AHT-M, CHMT-M (based on α-TCP and hydroxyapatite with addition of silver or magnesium) MG-63 cell line has been used to investigate cytotoxicity of ceramics. MG-63 is human osteosarcoma cell line with phenotype of osteoblasts at an early stage of differentiation. All types of ceramic materials were seeded with MG-63 cells and after 48h of in vitro culture metabolic activity has been tested with XTT test. Some ceramic samples were also pre-incubated for 1 hour in the culture medium before seeding. In addition, media from culture and extracts from ceramics were collected and calcium ion concentration was measured. MG63 cells were cultured with different concentrations of ceramic extracts (100% - complete extract, 50%, 25%, 12,5%, 0% - pure medium). After 24 and 48h metabolic activity of cells has been investigated with XTT test. Cells were also observed in light microscopy. To investigate influence of ceramic materials on MG-63 cells continuous microscopic observation was performed. Cells were seeded into 48-well culture plates, then ceramic samples have been placed into wells and photos of wells were captured during 72 hours long cell culture. Materials designated as T-AP, TK-AP, AHT-M and CHMT-M diminished calcium ion concentration in the culture medium, while TK-CM did not alter the calcium concentration. MG-63 cells cultured directly on samples exhibited low metabolic activity in all cases. Pre-incubation of materials in the medium partially enhanced cell survival. Extracts made of the examined materials are characterized by high cytocompatibility in all dilutions of tested solutions. Real-time observation of MG-63 cells cultured in the presence of ceramic materials did not reveal any negative impact of the samples on cell behavior and morphology. We observed the difference between the results of cytotoxicity tests performed on direct and indirect contact in vitro culture. Cytocompatibility of extracts made of the tested ceramics showed that decreasing of the calcium ion concentration in the culture medium did not have negative influence on survival and the behavior of MG63 cells. Lower metabolic activity of cells cultured directly on materials in comparison with the real-time observation of culture may be due to a smaller volume of culture medium, and thus greater exposure of cells to an ionic imbalance in the culture medium. Cell survival in contact with the ceramic materials was significantly higher in the experimental system with a larger volume of medium. In addition, preincubation of tested samples improved the metabolic activity of cells cultured on the materials. Positive effect of sample pre-incubation in medium enables the possibility to optimize the culture conditions in vitro. The results of culture on the preincubated materials showed that cells seeded on the samples based on α-TCP and α-TCP and calcite exhibited higher survival compared to cells cultured on materials based on α-TCP and hydroxyapatite. - Źródło:
-
Engineering of Biomaterials; 2012, 15, no. 116-117 spec. iss.; 90-91
1429-7248 - Pojawia się w:
- Engineering of Biomaterials
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł