ציפוי גרפן עבור שתלים ביו
Summary
גראפן מציע פוטנציאל כחומר ציפוי לשתלים ביו. במחקר זה אנו מדגימים שיטה לציפוי Nitinol סגסוגות עם שכבות עבות ננומטרים של גרפן ולקבוע כיצד גרפן עשוי להשפיע על תגובת שתל.
Abstract
גרפן אטומי חלק כמו ציפוי פני שטח יש לו פוטנציאל לשיפור תכונות שתל. זה מדגים שיטה לציפוי Nitinol סגסוגות עם שכבות עבות ננומטרים של גרפן ליישומים כחומר תומכן. גראפן היה גדל על מצעי נחושת באמצעות שיקוע כימי ולאחר מכן העביר על Nitinol מצעים. על מנת להבין איך ציפוי גרפן יכול לשנות את התגובה ביולוגית, כדאיויות תא של תאי אב עורקי חולדות אנדותל ותאי שריר חלק אב עורקי חולדות נחקרו. יתר על כן, ההשפעה של ציפויי גראפן על הידבקות תא ומורפולוגיה נבדקה עם ניאון מיקרוסקופיה confocal. תאים הוכתמו לאקטין וגרעינים, והיו הבדלים בולטים בין דגימות Nitinol טהורות בהשוואה לדגימות גרפן מצופים. ביטוי יקטין סה"כ מתאי שריר חלק אב עורקי חולדות נמצא באמצעות כתם מערבי. מאפייני חלבון ספיחה, אינדיקטור לthrombogenicity פוטנציאל, Wפה נקבע לפיברינוגן אלבומין ועם ג'ל אלקטרופורזה. יתר על כן, העברת התשלום מפיברינוגן למצע הייתה להסיק באמצעות ספקטרוסקופיית ראמאן. נמצא כי ציפוי גרפן על Nitinol מצעים עמד בדרישות הפונקציונליות לחומר סטנט ושפר את התגובה הביולוגית לעומת Nitinol ללא ציפוי. לפיכך, Nitinol גרפן המצופה הוא מועמד קיימא לחומר תומכן.
Introduction
בשלושת העשורים האחרונים היינו עדים לגילוי טיפולי חומרים מבוססי רומן ומכשירים לטיפול במחלה ואבחון. חומרי סגסוגת רומן כגון Nitinol (NiTi) ונירוסטה משמשים לעתים קרובות בייצור ביו שתל בשל התכונות המכאניות המעולות שלהם. 1-3 עם זאת, אתגרים רבים להישאר בשל cytotoxicity החומרים אקסוגני, ביו וחמו תאימות. האופי המתכתי של תוצאות סגסוגות אלה בעניים ביו וhemocompatibility בשל שטיפת מתכת, חוסר הידבקות תא, התפשטות, ופקק כאשר הוא בא במגע עם דם זורם (כגון צנתרים, שתלי כלי דם, סטנטים כלי דם, מסתמי לב מלאכותי וכו '.). 1, 4, 5 האינטראקציה של חלבונים או תאי חיים עם פני שטח השתל יכולה לגרום לתגובה חיסונית חזקה והמפל שהתפתח בתגובות ביוכימיות עלולות להשפיע לרעה על תפקודו של המכשיר. לכן, הוא pertinאף אוזן גרון כדי להשיג שליטה על יחסי הגומלין בין השתלים ביו והסביבה הביולוגית סביבתה. שינוי פני שטח לעתים קרובות מועסק כדי להפחית או למנוע התגובה הפיזיולוגית השלילית שמקורו בחומר השתל. משטח ציפוי אידיאלי צפוי להיות גבוה כוח הידבקות, אדישות כימית, חלקות גבוהות, וחמו וbiocompatibility טוב. בעבר, חומרים רבים, ביניהם פחם, כמו יהלומים (DLC), SiC, פח, דוד 2 וחומרים פולימריים רבים נבדק כציפוי פני שטח שתל יו תואם. 1, 6-23 עם זאת, חומרים אלה עדיין לא מצליחין לעמוד בכל הקריטריונים הפונקציונליים לציפוי פני שטח שתל מתאים.
הגילוי של שכבה עבה של אטום הפחמן 2 sp, המכונה גרפן, פתח דלתות לפיתוח חומרים רבים תכליתיים חדשים. גראפן הוא צפוי להיות מועמד אידיאלי לציפוי פני שטח שתל שכן היאהוא אדיש מבחינה כימית, אטומי חלק ועמיד מאוד. במכתב זה, אנו חוקרים את הכדאיות של גרפן כציפוי לשתלים ביו. המחקרים שלנו מראים שNitinol המצופה גרפן (GR-NiTi) עונה על כל הקריטריונים הפונקציונליים, ובנוסף תומכים בשריר חלק מצוין וצמיחת תאי אנדותל שהובילה לשגשוג של תאים טובים יותר. כמו כן, אנו מוצאים שספיחת אלבומין על GR-NiTi גבוהה מפיברינוגן. חשוב לציין, (אני) המדידות ספקטרוסקופיות המפורטות שלנו אשרו את חוסר העברת תשלום בין גרפן ופיברינוגן טוען כי ציפוי גרפן מעכב את הפעלת טסיות דם על ידי שתלים, (ii) ציפוי גרפן אינו מפגין כל משמעותי ברעילות מבחנה לשורות תאי שריר האנדותל וחלקות המאשרות biocompatibility, וכן (iii) ציפויי גראפן הוא אינרטי מבחינה כימית, עמידים ובלתי חדירים בסביבה זורמת דם. אלה חמו ונכסים ביולוגיים, יחד עם st הגבוהrength, אדישות כימית ועמידות, לדקלם ציפוי גרפן כציפוי משטח אידיאלי.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biocompatibility וcytotoxicity: התצהיר הכימי האדים (CVD) השיטה הניבו דגימות גראפן polycrystalline שחיקו גרגרים גבישיים Cu, כפי שמוצגים באיור 1 א. אנחנו עובדים ספקטרוסקופיית ראמאן כדי לאשר את קיומו של גרפן monolayer (מעטי שכבה) על 1 SCCM (4 SCCM) דגימות (ראה איור 1b). ברור, 1 SCCM (4 SCCM) דג…
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).
