Ocena cytozgodnosci in vitro ceramicznych substytutów tkanki kostnej opartych na α-TCP

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.

Czasopismo: Engineering of Biomaterials
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: inżynieria materiałowa