Revestimentos de grafeno para implantes biomédicos
Summary
Graphene oferece um potencial como um material de revestimento para implantes biomédicos. Neste estudo, demonstrar um método para ligas de revestimento de nitinol com camadas de grafeno nanômetro de espessura e determinar como o grafeno pode influenciar a resposta do implante.
Abstract
Grafeno atomicamente lisa como um revestimento de superfície tem um potencial para melhorar as propriedades dos implantes. Isto demonstra um método para revestimento de ligas de nitinol com camadas espessas de grafeno nanômetros para aplicações como material de stent. Graphene foi cultivada em substratos de cobre através da deposição química de vapor e, em seguida, transferido para o nitinol substratos. A fim de compreender como o revestimento de grafeno poderia alterar a resposta biológica, a viabilidade celular das células endoteliais da aorta de rato e aorta de rato nas células musculares lisas foi investigada. Além disso, o efeito de grafeno-revestimentos sobre a adesão celular e morfologia foi analisada por microscopia confocal com fluorescente. As células foram coradas para a actina e núcleos, e houve diferenças perceptíveis entre amostras puras de nitinol em comparação com grafeno amostras revestidas. Expressão da actina total a partir de ratos células do músculo liso da aorta foi encontrada utilizando Western blot. Características adsorção de proteínas, um indicador para trombogenicidade potencial, were determinado para o fibrinogénio e com albumina de soro de electroforese em gel. Além disso, a transferência de carga a partir de fibrinogénio ao substrato foi deduzida utilizando espectroscopia de Raman. Verificou-se que o revestimento de substratos de grafeno em nitinol preencheram os requisitos funcionais de um material de stent e melhorar a resposta biológica em comparação com o nitinol não revestido. Assim, o grafeno revestido nitinol é um candidato viável para um material do stent.
Introduction
As últimas três décadas têm testemunhado a descoberta de novos materiais baseados em terapias e dispositivos para tratamento de doenças e diagnósticos. Novos materiais de liga, tais como o nitinol (NiTi) e aço inoxidável são frequentemente utilizadas na fabricação de implantes biomédicos, devido às suas propriedades mecânicas superiores. 1-3 No entanto, vários desafios permanecem devido à citotoxicidade de material exógeno, bio e hemo-compatibilidade. A natureza metálica destes resultados ligas pobres em bio-hemocompatibilidade e devido à lixiviação de metais pesados, à falta de adesão celular, proliferação e trombose quando entra em contacto com o sangue que flui (por exemplo, cateteres, enxertos de vasos sanguíneos, stents vasculares, válvulas cardíacas artificiais etc.). 1, 4, 5 A interacção de proteínas ou células vivas com a superfície do implante pode conduzir a uma forte resposta imunológica e a consequente cascata de reacções bioquímicas podem afectar negativamente a funcionalidade do dispositivo. Portanto, é pertinent para conseguir o controle sobre as interações entre os implantes biomédicos e seu ambiente circundante biológica. A modificação da superfície é frequentemente utilizado para reduzir ou evitar a resposta fisiológica adversa de origem a partir do material de implante. Uma superfície de revestimento ideal deverá ter a força de aderência elevada, inércia química, suavidade elevada e bom hemo-e biocompatibilidade. Anteriormente, vários materiais, incluindo carbono tipo diamante (DLC), SiC, TiN, TiO 2 e muitos materiais poliméricos têm sido testados como bio-compatíveis revestimentos de superfície do implante. 1, 6-23 No entanto, estes materiais ainda são incapazes de atender a todos os critérios funcionais para um revestimento adequado do implante de superfície.
A descoberta do átomo espessa camada de carbono sp 2, conhecido como o grafeno, abriu as portas para o desenvolvimento de novos materiais multifuncionais. Grafeno é esperado para ser um candidato ideal para o revestimento de superfície do implante, uma vez queé quimicamente inerte, atomicamente suave e altamente durável. Nesta Carta, vamos investigar a viabilidade de grafeno como um revestimento de superfície para implantes biomédicos. Os nossos estudos mostram que o nitinol grafeno revestido (Gr-NiTi) cumpre todos os critérios funcionais, e também suporta o músculo liso e excelente crescimento celular endotelial que conduz à proliferação celular melhor. Nós também achamos que a adsorção de albumina de soro na Gr-NiTi é maior do que fibrinogênio. É importante notar que (i) as nossas medições espectroscópicas detalhados confirmou a falta de transferência de carga entre o grafeno e fibrinogénio sugere que o revestimento grafeno inibe a activação de plaquetas por meio de implantes, (ii) revestimento de grafeno não exibem qualquer toxicidade significativa em testes in vitro sobre linhas endoteliais e musculares lisas celulares confirmando sua biocompatibilidade, e (iii) os revestimentos grafeno são quimicamente inerte, resistente e impermeável no fluxo sanguíneo ambiente. Estes hemo-e propriedades biocompatíveis, juntamente com st elevadorength inércia química e durabilidade, tornam revestimentos grafeno como um revestimento de superfície ideal.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biocompatibilidade e citotoxicidade: A deposição de vapor químico (CVD) método rendeu amostras policristalinas grafeno que imitavam grãos de cristal de Cu, como mostrado na Figura 1A. Nós empregamos espectroscopia Raman para confirmar a presença de monocamada de grafeno (camadas poucos) em 1 sccm (4 sccm) amostras (ver Figura 1b). Claramente, uma SCCM (4 sccm) amostras exibem faixa indicativa de monocamada intensa (relativamente mais fraca) G '(camada poucos) grafeno…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Reagent | |||
| Dulbecco’s Modified Eagle Medium | ATCC | 30-2002 | |
| Thiazolyl blue tetrazolium bromide | Sigma-Aldrich | M2128 | |
| CellTiter 96 Aqueous One solution cell proliferation assay (MTS) | Promega | G3582 | |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| 36.5% formaldehyde | Sigma-Aldrich | F8775 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Alexafluor 488 phalloidin | Life Technologies | A12379 | |
| VECTASHIELD mounting medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | |
| Human serum albumin | Sigma-Aldrich | A9511 | |
| Human fibrinogen | |||
| Tris/Glycine/SDS | Bio-Rad | 161-0732 | |
| Ready Gel Tris-HCl Gel | Bio-Rad | 161-1158 | |
| Acetic acid | Sigma-Aldrich | 45726 | |
| SYPRO Red | Life Technologies | S-6653 | |
| Protein low BCA assay | Lamda Biotech | G1003 | |
| Precision Plus Protein Kaleidoscope Standard | Bio-Rad | 161-0375 | |
| Immun-Blot PVDF membrane | Bio-Rad | 162-0177 | |
| Blotting grade blocker non-fat dry milk | Bio-Rad | 170-6404XTU | |
| Anti-actin antibody produced in rabbit | Sigma-Aldrich | A2066 | |
| BM Chemiluminescence Western Blotting kit (mouse/rabbit) | Roche Applied Science | 11520709001 | |
| RIPA buffer | Sigma-Aldrich | R0278 | |
| NiTi (51% Ni, 49% Ti) | Alfa-Aesar | 44953 | |
| Equipment | |||
| Horiba JobinYvon | Raman spectrometer | Dilor XY 98 | |
| Nikon | Confocal microscope | Eclipse TI microscope | |
| Thermoscientific | Plate reader | ||
| Bio-Rad | Power supply | 164-5050 | PowerPac basic power supply |
| Bio-Rad | Electrophoresis cell | 165-8004 | Mini-PROTEAN tetra cell |
| Bio-Rad | Gel holder cassette | 170-3931 | Mini gel holder cassette |
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