Revestimientos de grafeno para Implantes Biomédicos
Summary
El grafeno ofrece potencial como un material de recubrimiento para implantes biomédicos. En este estudio hemos demostrado un método para el revestimiento de aleaciones de nitinol con capas nanométricas de grafeno y determinar cómo grafeno puede influir en la respuesta del implante.
Abstract
Grafeno atómicamente lisa como un revestimiento de superficie tiene el potencial de mejorar las propiedades de los implantes. Esto demuestra un método para el revestimiento de aleaciones de nitinol con capas nanométricas de grafeno para aplicaciones como un material de stent. El grafeno se hizo crecer en sustratos de cobre a través de la deposición química de vapor y luego se transfirieron a sustratos nitinol. Con el fin de entender cómo el recubrimiento grafeno podría cambiar la respuesta biológica, la viabilidad celular de las células endoteliales de aorta de rata y células de músculo liso de aorta de rata fue investigado. Además, el efecto de grafeno recubrimientos sobre la adhesión celular y la morfología se examinó con microscopio confocal fluorescente. Las células se tiñeron para la actina y los núcleos, y no había diferencias notables entre prístinas muestras de nitinol en comparación con grafeno recubiertos muestras. La expresión de actina total a partir de células de músculo liso de aorta de rata se encontró mediante Western blot. Adsorción de proteínas características, un indicador para trombogenicidad potencial, were determinado para el fibrinógeno y albúmina de suero con electroforesis en gel. Además, la transferencia de carga a partir de fibrinógeno al sustrato se dedujo utilizando la espectroscopia Raman. Se encontró que el recubrimiento de grafeno en nitinol sustratos cumplen los requisitos funcionales de un material de la endoprótesis y mejorar la respuesta biológica en comparación con sin revestir nitinol. Por lo tanto, el grafeno recubierto nitinol es un candidato viable para un material de stent.
Introduction
Las últimas tres décadas han sido testigos de descubrimiento de nuevos materiales basados en terapias y dispositivos para tratamientos de enfermedades y diagnósticos. Nuevos materiales de aleación tales como el nitinol (NiTi) y acero inoxidable a menudo se utilizan en la fabricación del implante biomédico debido a sus propiedades mecánicas superiores. 1-3 Sin embargo, numerosos desafíos debido a la citotoxicidad material exógeno, bio-y hemo-compatibilidad. La naturaleza metálica de estas aleaciones resultados pobres en bio-y hemocompatibilidad debido a la lixiviación de metales, la falta de adhesión celular, la proliferación, y trombosis cuando entra en contacto con la sangre que fluye (tales como catéteres, injertos de vasos sanguíneos, endoprótesis vasculares, válvulas cardiacas artificiales etc.). 1, 4, 5 La interacción de proteínas o células vivas con la superficie del implante puede dar lugar a una fuerte respuesta inmunológica y el subsiguiente cascada de reacciones bioquímicas pueden afectar negativamente a la funcionalidad del dispositivo. Por lo tanto, se Pertinent para lograr el control sobre las interacciones entre los implantes biomédicos y su entorno circundante biológico. Modificación de la superficie se emplea a menudo para reducir o prevenir la respuesta adversa fisiológico procedente de material del implante. Un recubrimiento de superficie ideal se espera que tenga la fuerza de adhesión alta, inercia química, de alta lisura, y buena hemo-y biocompatibilidad. Anteriormente, numerosos materiales como carbono tipo diamante (DLC), SiC, TiN, TiO 2 y muchos materiales poliméricos han sido probados como bio-compatibles recubrimientos de implantes de superficie. 1, 6-23 Sin embargo, estos materiales son todavía incapaces de cumplir con todos los los criterios funcionales para un recubrimiento de la superficie del implante adecuado.
El descubrimiento del átomo de espesor de capa sp 2 de carbono, conocido como el grafeno, ha abierto las puertas para el desarrollo de nuevos materiales multifuncionales. El grafeno se espera que sea un candidato ideal para el recubrimiento de la superficie del implante, ya queEs químicamente inerte, lisa atómica y de alta durabilidad. En esta carta, se investiga la viabilidad de grafeno como un revestimiento superficial para implantes biomédicos. Nuestros estudios muestran que el grafeno nitinol revestido (Gr-NiTi) cumple con todos los criterios funcionales, y adicionalmente soporta músculo liso excelente y el crecimiento celular endotelial conduce a la proliferación celular mejor. También encontramos que la adsorción de albúmina sérica en Gr-NiTi es más alto que el fibrinógeno. Es importante destacar que, (i) nuestras mediciones espectroscópicas detalladas confirmó la falta de transferencia de carga entre el grafeno y fibrinógeno sugiere que el recubrimiento de grafeno inhibe la activación plaquetaria por los implantes, (ii) los revestimientos de grafeno no presentan ninguna toxicidad significativa en vitro de líneas de células endoteliales y de músculo liso que confirman su biocompatibilidad, y (iii) los revestimientos de grafeno son químicamente inertes, resistentes e impermeables en que fluye la sangre ambiente. Estos hemo-y las propiedades biocompatibles, junto con st altarength, inercia química y durabilidad, hacen que los recubrimientos de grafeno como un recubrimiento superficial ideal.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biocompatibilidad y citotoxicidad: La deposición química de vapor (CVD) dio muestras policristalinas de grafeno que imitaban granos de cristal de Cu, como se muestra en la Figura 1a. Se empleó la espectroscopia de Raman para confirmar la presencia de la monocapa (capa pocos) grafeno en 1 sccm (4 sccm) muestras (véase la figura 1b). Claramente, un sccm (4 sccm) muestras exhiben banda indicativa de monocapa intenso (relativamente débil) G '(capa de unos pocos) grafeno. <…
Disclosures
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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