الجرافين عوازل للزراعة الحيوية الطبية
Summary
الجرافين إمكانات كمادة طلاء لزراعة الطبية الحيوية. في هذه الدراسة أن نبرهن طريقة لطلاء سبائك الننتول مع طبقات سميكة من الجرافين نانومتر وتحديد كيفية استجابة الجرافين قد تؤثر الزرع.
Abstract
الجرافين السلس بالذرة بوصفها طلاء السطح لديها امكانات لتحسين خصائص الزرع. هذا يدل على طريقة لطلاء سبائك الننتول مع طبقات سميكة من الجرافين نانومتر لتطبيقات كمادة الدعامات. كانت تزرع الجرافين على ركائز النحاس عبر ترسيب الأبخرة الكيميائية ومن ثم نقل على ركائز الننتول. ولكي نفهم كيف يمكن تغيير طلاء الجرافين الاستجابة البيولوجية، والتحقيق بقاء الخلية من الخلايا البطانية الأبهر الفئران والجرذان خلايا العضلات الملساء الأبهر. وعلاوة على ذلك، تم فحص تأثير الطلاء، الجرافين على التصاق الخلايا والتشكل مع الفلورسنت المجهري متحد البؤر. كانت ملطخة الخلايا لالأكتين والنوى، وكانت هناك اختلافات ملحوظة بين عينات الننتول البكر مقارنة الجرافين المغلفة العينات. تم العثور على مجموع الأكتين التعبير من خلايا العضلات الملساء الأبهر الفئران باستخدام طخة غربية. البروتين خصائص الامتزاز، وهو مؤشر لthrombogenicity المحتملة، ثيحرث المحددة للمصل والفيزيولوجية مع الكهربائي للهلام. وعلاوة على ذلك، تم استخلاصه نقل المسؤول من الفيبرينوجين إلى الركيزة باستخدام رامان الطيفي. وجد أن طلاء الجرافين على ركائز الننتول استيفاء المتطلبات الوظيفية للمادة الدعامات وتحسين الاستجابة البيولوجية مقارنة الننتول غير المصقول. وهكذا، الجرافين المغلفة الننتول هو مرشح قابلة للمادة الدعامات.
Introduction
شهدت العقود الثلاثة الماضية اكتشاف العلاجات القائمة على المواد والأجهزة رواية لعلاج المرض والتشخيص. وغالبا ما تستخدم السبائك مثل رواية الننتول (نيتي) والفولاذ المقاوم للصدأ في صناعة الطب الحيوي زرع بسبب خصائصها الميكانيكية متفوقة 1-3 من ومع ذلك، لا تزال العديد من التحديات بسبب السمسة المواد الخارجية، وطاهية الحيوي التوافق. طبيعة هذه النتائج المعدنية سبائك الفقراء في الحيوية وبسبب الرشح hemocompatibility المعدنية، وعدم التصاق الخلية، وانتشار، وتجلط الدم عندما يتعلق الأمر في اتصال مع تدفق الدم (مثل القسطرات، ترقيع الأوعية الدموية، الدعامات الأوعية الدموية، صمامات القلب الاصطناعية الخ.) 1، 4، 5 ويمكن للتفاعل البروتينات أو الخلايا الحية مع سطح الغرسة يؤدي إلى استجابة مناعية قوية وسلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تلت ذلك قد يؤثر سلبا على وظائف الجهاز. ولذلك، فمن pertinالأنف والحنجرة لتحقيق السيطرة على التفاعلات بين زراعة الحيوية الطبية والبيولوجية بيئتها المحيطة. ويعمل في كثير من الأحيان تعديل السطح للحد من أو منع الاستجابة الفسيولوجية الضارة الناشئة عن المواد الزرع. ومن المتوقع طلاء السطح مثالية لديهم ارتفاع في قوة التصاق، همود الكيميائية، نعومة عالية، وحسن طاهية وتوافق مع الحياة. سابقا، وقد تم اختبار العديد من المواد بما في ذلك الماس مثل الكربون (DLC)، كربيد، القصدير، قيس (2) والعديد من مواد البوليمر الحيوي ومتوافق مع مواد الطلاء الزرع. 1، 6-23 ومع ذلك، فإن هذه المواد لا تزال غير قادرة على تلبية جميع المعايير الفنية لطلاء سطح زرع مناسبة.
فتحت اكتشاف طبقة سميكة من ذرة الكربون 2 ليرة سورية، والمعروفة باسم الجرافين، والأبواب لتطوير مواد متعددة الوظائف الرواية. ومن المتوقع الجرافين أن يكون المرشح المثالي لطلاء السطح منذ أن زرعهو خامل كيميائيا، على نحو سلس ودائم للغاية بالذرة. في هذه الرسالة، ونحن التحقيق في جدوى الجرافين بمثابة طلاء السطح لزراعة الطبية الحيوية. دراساتنا تشير إلى أن الننتول الجرافين المغلفة (GR-نيتي) يلبي جميع المعايير الفنية، وبالإضافة إلى ذلك يدعم العضلات الملساء ممتازة ونمو الخلايا البطانية التي تؤدي إلى انتشار خلايا أفضل. نجد أيضا أن الامتزاز على مصل GR-نيتي أعلى من الفيبرينوجين. الأهم من ذلك، (ط) أكدت القياسات الطيفية لدينا مفصلة عدم وجود انتقال الشحنة بين الجرافين والفيزيولوجية مما يشير إلى أن طلاء الصفائح الدموية الجرافين يثبط تفعيل عن طريق زرع، (الثاني) الطلاء الجرافين لا يحمل أي سمية كبيرة في المختبر لبطانة الأوعية الدموية على نحو سلس وخطوط الخلايا العضلية يؤكد توافق مع الحياة الخاصة بهم، و (الثالث) الطلاء الجرافين هي خاملة كيميائيا ودائم وغير منفذة في تدفق الدم البيئة. هذه طاهية وخصائص حيويا، جنبا إلى جنب مع سانت عاليةrength والكيميائية همود والمتانة، وتجعل الطلاء الجرافين بمثابة طلاء السطح المثالي.
Protocol
Representative Results
Discussion
أسفرت ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) طريقة العينات التي تحاكي الجرافين الكريستالات الحبوب الكريستال النحاس، كما هو مبين في الشكل 1A: توافق مع الحياة والسمسة. استخدمنا رامان الطيفي لتأكيد وجود من الجرافين (طبقة قليلة) أحادي الط…
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 |
References
- Roy, R. K., Lee, K. -. R. Biomedical applications of diamond-like carbon coatings: A review. Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 83 B (1), 72-84 (2007).
- Shah, A. K., Sinha, R. K., Hickok, N. J., Tuan, R. S. High-resolution morphometric analysis of human osteoblastic cell adhesion on clinically relevant orthopedic alloys. Bone. 24 (5), 499-506 (1999).
- Huang, N., Yang, P., Leng, Y. X., Chen, J. Y., Sun, H., Wang, J., Wang, G. J., Ding, P. D., Xi, T. F., Leng, Y. Hemocompatibility of titanium oxide films. Biomaterials. 24 (13), 2177-2187 (2003).
- Gutensohn, K., Beythien, C., Bau, J., Fenner, T., Grewe, P., Koester, R., Padmanaban, K., Kuehnl, P. In vitro analyses of diamond-like carbon coated stents: Reduction of metal ion release, platelet activation, and thrombogenicity. Thrombosis Research. 99 (6), 577-585 (2000).
- Gillespie, W. J., Frampton, C. M. A., Henderson, R. J., Ryan, P. M. The Incidence of Cancer Following Total Hip-Replacement. Journal of Bone and Joint Surgery-British Volume. 70 (4), 539-542 (1988).
- Sperling, C., Schweiss, R. B., Streller, U., Werner, C. In vitro hemocompatibility of self-assembled monolayers displaying various functional groups. Biomaterials. 26 (33), 6547-6557 (2005).
- Mikhalovska, L. I., Santin, M., Denyer, S. P., Lloyd, A. W., Teer, D. G., Field, S., Mikhalovsky, S. Fibrinogen adsorption and platelet adhesion to metal and carbon coatings. Thrombosis and Haemostasis. 92 (5), 1032-1039 (2004).
- Airoldi, F., Colombo, A., Tavano, D., Stankovic, G., Klugmann, S., Paolillo, V., Bonizzoni, E., Briguori, C., Carlino, M., Montorfano, M., Liistro, F., Castelli, A., Ferrari, A., Sgura, F., Mario, C. D. i. Comparison of diamond-like carbon-coated stents versus uncoated stainless steel stents in coronary artery disease. American Journal of Cardiology. 93 (4), 474-477 (2004).
- Allen, M., Myer, B., Rushton, N. In vitro and in vivo investigations into the biocompatibility of diamond-like carbon (DLC) coatings for orthopedic applications. Journal of Biomedical Materials Research. 58 (3), 319-328 (2001).
- Butter, R., Allen, M., Chandra, L., Lettington, A. H., Rushton, N. . In-vitro Studies of DLC Coatings with Silicon Intermediate Layer. Diamond and Related Materials. 4 (5-6), 857-861 (1995).
- Dearnaley, G., Arps, J. H. Biomedical applications of diamond-like carbon (DLC) coatings: A review. Surface & Coatings Technology. 200 (7), 2518-2524 (2005).
- Dorner-Reisel, A., Schurer, C., Nischan, C., Seidel, O., Muller, E. Diamond-like carbon: alteration of the biological acceptance due to Ca-O incorporation. Thin Solid Films. 420, 263-268 (2002).
- Dowling, D. P., Kola, P. V., Donnelly, K., Kelly, T. C., Brumitt, K., Lloyd, L., Eloy, R., Therin, M., Weill, N. Evaluation of diamond-like carbon-coated orthopaedic implants. Diamond and Related Materials. 6 (2-4), 390-393 (1997).
- Grill, A. Diamond-like carbon coatings as biocompatible materials – an overview. Diamond and Related Materials. 12 (2), 166-170 (2003).
- Hauert, R. A review of modified DLC coatings for biological applications. Diamond and Related Materials. 12 (3-7), 583-589 (2003).
- Windecker, S., Mayer, I., De Pasquale, G., Maier, W., Dirsch, O., De Groot, P., Wu, Y. P., Noll, G., Leskosek, B., Meier, B., Hess, O. M. Working Grp Novel Surface, C., Stent coating with titanium-nitride-oxide for reduction of neointimal hyperplasia. Circulation. 104 (8), 928-933 (2001).
- Zhang, F., Zheng, Z. H., Chen, Y., Liu, X. G., Chen, A. Q., Jiang, Z. B. In vivo investigation of blood compatibility of titanium oxide films. Journal of Biomedical Materials Research. 42 (1), 128-133 (1998).
- Bolz, A., Schaldach, M. Artificial-Heart Valves – Improved Blood Compatibility By PECVD a-SiC-H COATING. Artificial Organs. 14 (4), 260-269 (1990).
- Haude, M., Konorza, T. F. M., Kalnins, U., Erglis, A., Saunamaki, K., Glogar, H. D., Grube, E., Gil, R., Serra, A., Richardt, H. G., Sick, P., Erbel, R., Invest, C. T. Heparin-coated stent placement for the treatment of stenoses in small coronary arteries of symptomatic patients. Circulation. 107 (9), 1265-1270 (2003).
- Suggs, L. J., Shive, M. S., Garcia, C. A., Anderson, J. M., Mikos, A. G. In vitro cytotoxicity and in vivo biocompatibility of poly(propylene fumarate-co-ethylene glycol) hydrogels. Journal of Biomedical Materials Research. 46 (1), 22-32 (1999).
- Clarotti, G., Schue, F., Sledz, J., Benaoumar, A. A., Geckeler, K. E., Orsetti, A., Paleirac, G. Modification of the biocompatible and haemocompatible properties of polymer substrates by plasma-deposited fluorocarbon coatings. Biomaterials. 13 (12), 832-840 (1992).
- Gombotz, W. R., Guanghui, W., Horbett, T. A., Hoffman, A. S. Protein adsorption to poly(ethylene oxide) surfaces. Journal of Biomedical Materials Research. 25 (12), 1547-1562 (1991).
- Ishihara, K., Fukumoto, K., Iwasaki, Y., Nakabayashi, N. Modification of polysulfone with phospholipid polymer for improvement of the blood compatibility. Part 2. Protein adsorption and platelet adhesion. Biomaterials. 20 (17), 1553-1559 (1999).
- Jung, N., Kim, B., Crowther, A. C., Kim, N., Nuckolls, C., Brus, L. Optical Reflectivity and Raman Scattering in Few-Layer-Thick Graphene Highly Doped by K and Rb. ACS Nano. 5 (7), 5708-5716 (2011).
- Rao, A. M., Eklund, P. C., Bandow, S., Thess, A., Smalley, R. E. Evidence for charge transfer in doped carbon nanotube bundles from Raman scattering. Nature. 388 (6639), 257-259 (1997).
- Bunch, J. S., Verbridge, S. S., Alden, J. S., vander Zande, A. M., Parpia, J. M., Craighead, H. G., McEuen, P. L. Impermeable atomic membranes from graphene sheets. Nano Letters. 8 (8), 2458-2462 (2008).
- Chen, S., Brown, L., Levendorf, M., Cai, W., Ju, S. -. Y., Edgeworth, J., Li, X., Magnuson, C. W., Velamakanni, A., Piner, R. D., Kang, J., Park, J., Ruoff, R. S. Oxidation Resistance of Graphene-Coated Cu and Cu/Ni Alloy. Acs Nano. 5 (2), 1321-1327 (2011).
