文摘

作品簡介:Nanocalcium硫酸鹽是一種新型腳手架與增強的物理性質。使用納米材料與傳統的報道優勢大小結構製造功能性支架/生長因子輸送係統是基於他們的表麵積增加生長因子吸附和細胞附件。最近的報告對人類血小板溶解產物表明它是一個可靠的來源的成骨生長因子,能夠更容易的強勁增加成骨細胞的活動獲得更多的洞察力與生長因子在製造納米材料的優勢,重要的是要確定內容的生長因子釋放,是否仍具有生物活性。與生長因子治療納米材料可能會引起新的再生微/ nano-environments骨組織工程應用程序可能是有用的。

材料與方法:支架被捏造nanocalcium硫酸混合人類血小板溶解產物。生長因子的內容釋放支架在不同時間點是量化的,係統的生物相容性是評估通過測量間充質幹細胞的合成活動和人類成骨細胞的細胞的支架在48小時的潛伏期。

結果和結論:間充質幹細胞的培養和人類成骨細胞的細胞納米硫酸鈣支架裝載人類血小板溶解產物誘導顯著刺激對細胞類型的活動的影響。這表明生長因子的內容釋放支架係統保持其生物活性,還提供了額外的證據表明硫酸nanocalcium代表一個高效的生物活性分子的交付的工具能夠提高關鍵細胞類型的活動參與骨的形成。這些結果支持新興發展的潛在功能的支架/生長因子輸送係統,可以用來治療治療顱麵骨缺陷。

關鍵字

納米硫酸鈣;人類血小板溶解產物;血小板源生長因子;間充質幹細胞;人類成骨細胞的細胞

縮寫

nc:納米硫酸鈣;hPL:人類血小板溶解產物;PDGF:血小板源生長因子;間充質幹細胞:msc;人類成骨細胞的細胞:滾銑刀

介紹

生物材料的使用治療骨性缺陷在人類是一個正在迅速崛起的研究領域在骨組織工程和牙科醫學。最常見的手術之一骨骼增強和修複自體骨移植。然而,這個過程的臨床成功和審美結果的大小和嚴重程度都是有限的顱麵骨缺損。自體骨移植也涉及大量的術後並發症,包括慢性疼痛,感染的風險,可能需要額外的移植手術[1]。此外,因為患者隻有一個可用的移植材料相對體積小,治療的替代方法是必要的批評-大小的顱麵骨缺陷。

可以使支架的生物相容性刮胡子收到越來越多的關注在牙科植入/嫁接替代品,代表一個有前途的治療替代自體骨移植治療顱麵骨的缺陷。理想的骨組織工程支架應用程序應該證明高生物相容性,具有足夠的機械強度,表現出足夠的孔隙度[2]。最近,我們已經為納米硫酸鈣(nc)作為一種新型腳手架與增強的物理性質如生長因子吸附表麵積,增加成骨細胞的細胞附件[3]。

目前治療骨再生的研究都集中在發展生物兼容的支架,可以作為有效的車輛成骨生長因子的控製釋放。血小板已知包含等生長因子參與骨生成血小板衍生生長因子(PDGF-BB)、轉化生長因子β(TGF-β),和基本的纖維母細胞生長因子(bFGF) [4]。在這種情況下,富含血小板血漿(PRP)的臨床應用治療骨性缺陷已經建立提供很多好處,包括提高骨再生,並減少術後疼痛和感染的風險[5]。

然而,雖然許多研究使用的PRP治療佐劑與再生醫學生物材料報告令人鼓舞的結果,其臨床應用治療顱麵骨缺陷不是well-corroborated [6]。的變化的一個因素可能導致臨床療效報道PRP的不同的製備方法。最近審核各種技術製備的PRP還提供他們的應用程序產生困惑臨床醫生因為每個製備方法會導致不同的產品(液體和凝膠)和不同的生物學和潛在的使用(7 - 8)。當前,擴大使用人類血小板溶解產物(hPL)處理從PRP反複凍融周期是基於其報告的成功提高間充質幹細胞(MSC的活動_年代)[9 - 11]。此外,最近的一項2011年的研究和他的同事們報告說,凡塔齊尼公司msc和血小板溶解產物膠原蛋白或纖維蛋白支架能促進新骨形成一個未膠結的髖關節假體以及增強在bone-prosthesis osseo集成接口[12]。

在這項研究中,我們選擇了把重點放在成骨的潛力與hPL相對於msc以及人類成骨細胞的細胞(滾銑刀)。以前,我們報道了硫酸鈣(CS)代表一個有效的載體對生長因子,以提高滾銑刀的活動在體外[13]。鑒於其增強的物理性質相對於CS,我們的研究旨在確定nc可以作為一個合適的生長因子的控製釋放的工具hPL也作為一個可以使支架的生物相容性增強msc及滾銑刀的活動的能力。

材料和方法

人類血小板溶解產物(hPL)從Zen-Bio購買公司(Research Triangle Park, NC)。所有其他試劑購自Sigma-Aldrich(聖路易斯,密蘇裏州),除非另有說明。

間充質幹細胞(msc),準備從6 - 8周前老鼠的骨髓根據批準的協議布法羅大學IACUC之前詳細描述(他等,2012)是一位博士提供的慷慨楊[14]。

人類成骨細胞的細胞(滾銑刀)獲得初級文化從人類calvariae和從商業供應商購買,三英潔具細胞研究實驗室(CA)聖地亞哥和培養根據供應商的方向的異常細胞培養後的第二通道alpha-minimum必不可少的媒介(MEM、Gibco、生活技術,大島,紐約)補充10%胎牛血清的邊後衛。

準備nCS-hPLdiscs nc和製造的

我們準備好的nc根據公園的概述的過程和他的同事們[3]。短暫,cryo-vacuum方法用於二水合物CS轉化為脫水nc,當時爐生產半幹hydraten CS。輝光放電處理是用來消毒產品。然後我們捏造hPL-loaded nc (nCS-hPL)光盤通過混合100毫克ofnCS 100µL hPL。結果粘貼是加工成圓盤狀圓柱形顆粒尺寸的3毫米和1毫米厚度polyvinylsiloxane (pv)模具。所需的光盤的潛伏期大約2.5小時在室溫下以漲停。

累積生長因子釋放

確定nc能夠釋放生長因子在hPL控製方式,我們測量的數量PDGF-BB釋放nCS-hPL光盤孵化non-supplemented媒體96小時37°C。鑒於其對滾銑刀的生長刺激作用,我們選擇PDGF-BB作為代表生長因子在hPL [15]。對我們的實驗,nCS-hPL光盤首次被放置在一個96孔細胞培養板。然後添加200µL的媒體。在四個不同的時間點(2、24、48和96小時),媒體被收集並存儲。200年光盤然後resuspendedµL新鮮的媒體和孵化,直到下一個時間點。PDGF-BB總額96小時後,出現在每個樣本的收集媒體量化使用酶聯免疫試劑盒(R和D係統,明尼阿波利斯,MN)和微型板塊讀者。

其他生長因子釋放研究

nc是否能有效地釋放生長因子除了PDGF-BB之外,我們還測量了大量的TGF-β和bFGF釋放nCS-hPL光盤孵化non-supplemented媒體48小時37°C。兩個獨立的實驗,每個被設置在相同的方式作為我們PDGF-BB研究詳細描述。然而,對於這些實驗,我們隻收集媒體一次,48小時後。此時,總額TGF-β或bFGF釋放nCS-hPL光盤是量化使用酶聯免疫試劑盒(R和D係統,明尼阿波利斯,MN)和微型板塊讀者。

生物相容性評價nCS-hPL光盤

四唑鹽(MTT)的生物相容性試驗被用來評估nCS-hPL相對於兩個不同的細胞類型:msc和滾銑刀。在我們的研究中,nCS-hPL光盤首次被放置在一個96孔細胞培養板。200µl細胞懸浮在FBS-supplemented媒體(10% v / v)被添加到每個。三個獨立的實驗。第一,msc與nc光盤加載與hPL被播種,稀釋hPL (50% v / v),或沒有hPL。第二,msc被播種在媒體沒有nc光盤或nc hPL-supplemented媒體光盤(10% v / v)。第三,滾銑刀被播種與nCS-hPL光盤或nc在媒體光盤。在每個實驗中,nc光盤不是加載與hPL混合non-supplemented媒體的比率100毫克nc / 100µl MEM和作為對照組。後48小時的潛伏期在37°C, MTT試劑添加到細胞2小時,試驗進行了詳細如前所述[16]。

結果與討論

生長因子釋放實驗表明,nc可以釋放PDGF-BB以一種受控製的方式。小破滅後最初的2小時的潛伏期後,PDGF-BB的釋放率逐漸減少在每個後續的時間點(圖1)。在96小時,大約15% (340±40 pg mL-1)總數的PDGF-BB內容(≈2500±10 pg毫升¹)在每個nCS-hPL盤釋放到媒體。除了PDGF-BB, nCS-hPL光盤也顯示釋放TGF-β和bFGF,從而進一步表明nc代表一個有效的工具的釋放生物活性分子(表1)。

表1:其他生長因子釋放hPL-loaded nc後48小時;意味著數據±掃描電鏡;n = 8每組樣品。

圖1:累積PDGF-BB發布概要文件從hPL-loaded nc;意味著數據±掃描電鏡;n = 8樣本。

nCS-hPL光盤的生物相容性是評估通過測量顯示的合成活動通過msc播種盤後48小時。與msc進行了兩個實驗。在第一個實驗中,mcs的活動與nCS-hPL播種盤與msc播種的活動與nc光盤和msc播種nc光盤加載的稀釋溶液hPL hPL (nc - 50%)。群MSC與nCS-hPL播種盤活動表現出顯著大於其他治療組(圖2)。第二個實驗是為了控製執行nc的潛在影響對MSC活動本身。當msc播種的活動沒有nc光盤測量,觀察無顯著差異相對於msc與nc播種盤的活動在媒體缺乏hPL(圖3)。然而,當msc被播種與nc hPLsupplemented媒體光盤和孵化,他們表現出明顯比其他治療組更大的活動。

圖2:MTT細胞活性的msc播種hPL-loaded nc光盤;意味著數據±掃描電鏡;n = 3 - 4每組樣本;* =明顯不同於其他治療組;= p < 0.05方差分析。

圖3:MTT細胞活性的msc播種nc光盤inhPLsupplemented媒體;意味著數據±掃描電鏡;n = 4每組樣本;* =明顯不同於其他治療組;= p < 0.05方差分析。

的生物相容性nCS-hPL光盤也通過測量評估合成活動顯示了滾銑刀與光盤48小時後播種。在實驗中,滾銑刀的活動與nCS-hPL播種盤比較與nc光盤滾銑刀播種的活動。滾銑刀的播種與nCS-hPL光盤活動表現出顯著大於其他治療組(圖4)。

圖4:MTT細胞活性的滾銑刀播種hPL-loaded nCSdiscs;意味著數據±掃描電鏡;n = 8每組樣本;* =明顯不同於細胞與nc圓盤播種;= p < 0.05方差分析。

在這項研究中,我們已經表明,nCS-hPL光盤代表可以使支架的生物相容性,允許以一種受控製的方式釋放生長因子,並提供一個有吸引力的策略,通過加強提高骨再生的活性msc和滾銑刀。在之前的研究中,我們表明,當nc和CS光盤用等量的水製作的重組體人PDGF-BB (rhPDGFBB), nc rhPDGF-BB版本比CS了20天的時間在體外[3]。臨床上,使用rhPDGF-BB混合骨同種異體移植物已經被證明可以促進強勁的骨質的再生牙周骨缺損[17]。然而,由於成本和監管問題以及固有的自然物理化學過程的底層複雜性骨質的再生,人類重組生長因子的臨床應用越來越高昂[18]。在這種情況下,PRP代表一個更實際的生長因子治療中使用dentistrycompared準備重組蛋白質因為它是一種自體免疫原性,從而消除擔憂反應或疾病傳播[19]。

然而,隨著最近回顧了目前牙科文獻關於福利ofPRP治療是不確定的和人體試驗顯示衝突的結果[6]。例如,在1998年的一項研究由馬克思和同事涉及患者下頜骨連續性缺陷,患者骨移植與PRP混合顯示速度和提高骨再生骨移植患者相比[20]。另外,在2005年的一項研究中,托爾和同事涉及科目要求牙槽脊擴張,使鈦植入體的位置和集成,沒有明顯的積極影響的PRP移植存活率和植骨愈合可能證明[21]。

關於構建生物材料與成骨的增長因素,Leotot等人在2013年的一項研究涉及與骨性缺陷小鼠,小鼠接受hPL-coated公頃/β-TCP支架證明改善和治療的小鼠相比更致密骨形成與HA /β-TCP支架[22]。反過來,我們的研究提供了進一步的指示潛在的功能性支架/生長因子交付係統的發展。此外,HA /β-TCP相比,nc納米,增強增加表麵積和孔隙度等物理特性。因此,在製造與hPL nc光盤,成骨生長因子成為傳播整個支架係統的體係結構,能夠保護他們免受退化和有助於保持當地水平不變。

結論

潛在的nc裝滿hPL作為功能性支架/生長因子交付係統。PDGF-BB、TGF-β和bFGF被釋放支架和有足夠的生物活性都直接或間接地增強msc的活動以及滾銑刀。本研究擴展了證據表明nc代表一個有效的車輛控製釋放的生物活性分子。此外,我們的研究結果表明,nCS-hPL支架產生再生微/ nano-environments小說為骨組織工程應用程序可能是有用的。

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條信息

文章類型:研究文章

引用:巴龍,莫雷爾,Dziak R(2016)製造和表征NanoCalcium硫酸鹽和人類血小板溶解產物作為生長因子輸送係統。Int J影響口腔健康2 (4):http://dx.doi.org/10.16966/2378 - 7090.172

版權:©2016 Dziak R, et al。這是一個開放的文章下分布式知識共享歸屬許可條款,允許無限製的使用、分配、和繁殖在任何媒介,被認為提供了原作者和來源。

出版的曆史:

收到日期:2015年11月09

接受日期:2016年1月11日

發表日期:2016年1月15日