Ocena struktury, modułu Younga oraz cytotoksyczności kompozytów na bazie chitozanu

• Autorzy: Przekora A. , Pałka K. , Macherzyńska B. , Ginalska G.

Warianty tytułu

EN

Structural properties, Young's modulus and cytotoxicity assessment of chitosan-based composites

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Ceramika wapniowo-fosforanowa w formie porowatego rusztowania na bazie biodegradowalnego biopolimeru jest materiałem powszechnie stosowanym jako wypełniacz ubytków tkanki kostnej w ortopedii i stomatologii. Chitozan, ze względu na swoje charakterystyczne właściwości takie jak: podobieństwo strukturalne do glikozaminoglikanów (GAG) macierzy pozakomórkowej tkanki kostnej, brak toksyczności, szybka biodegradacja, podatność na chemiczną i enzymatyczną modyfikację, stymulacja adhezji i proliferacji komórek oraz osteoinduktywność, jest często stosowany w inżynierii tkankowej kości jako składnik kompozytów. W niniejszej pracy, określono parametry strukturalne i mechaniczne oraz cytotoksyczność typów kompozytów na bazie chitozanu (chitozan-HA BIOCER oraz chitozan-HT BIOCER). Testy in vitro przeprowadzono z wykorzystaniem linii komórkowej hFOB 1.19 (ludzkie płodowe osteoblasty). Cytotoksyczność ekstraktów z kompozytów oznaczono za pomocą testu LDH. Wyniki badań wyraźnie wskazują, że wyprodukowane kompozyty na bazie krylowego chitozanu wykazują dobre parametry strukturalne i mechaniczne o dużej zgodności z tkankami, są nietoksyczne i przez to są obiecującym materiałem do stosowania w inżynierii tkankowej kości.

EN

Calcium phosphate ceramics in the form of biodegradable biopolymer-based, porous scaffolds are widely used as bone defect filler in dentistry and orthopedics. Chitosan is often applied in bone tissue engineering as a component of composites because of its characteristic properties such as structural similarity to glycosaminoglycans (GAG) of bone extracellular matrix, nontoxicity, rapid biodegradation, prone to chemical and enzymatic modification, stimulation of cell adhesion and proliferation and osteoinduction. In this work, the structure, mechanical properties and cytotoxicity of 2 types of chitosan-based composites (chitosan-HA BIOCER and chitosan-HT BIOCER) were evaluated. In vitro cell culture tests were carried out using hFOB 1.19 cell line (human fetal osteoblast cells). The cytotoxicity of scaffolds extracts was estimated by LDH test. Our studies clearly indicate that created krill chitosan-based composites show good structural and mechanical properties with good compatibility with human tissues. Furthermore, produced composites are nontoxic and thus are promising materials for bone tissue engineering application.

Słowa kluczowe

PL

chitozan; rusztowanie; struktura; moduł Younga; cytotoksyczność

EN

chitosan; scaffold; structure; Young's modulus; cytotoxicity

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 15, no. 114
• Strony: 52--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Przekora A.

• Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej, Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, ul. Chodźki 1, 20-093 Lublin

autor

Pałka K.

• Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Materiałowej, Nadbystrzycka 36, 20-618, Lublin

autor

Macherzyńska B.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki Specjalnej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Ginalska G.

• Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej, Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, ul. Chodźki 1, 20-093 Lublin

Bibliografia

• [1] Sopyan Y.I., Mel M., Ramesh S., Khalid K.A.: Porous hydroxyapatite for artificial bone applications. Science and Technology of Advanced Materials 8 (2007) 116-123.
• [2] Aronov D., Karlov A., Rosenman G.: Hydroxyapatite nanoceramics: Basic physical properties and biointerface modification. Journal of the European Ceramic Society 27 (2007) 4181-4186.
• [3] Belcarz A., Ginalska G., Polkowska I, Przekora A., Slósarczyk A., Zima A., Paszkiewicz Z.: Pilot clinical study of efficacy of flexible HAp-based composite for bone defects replacement. Engineering of Biomaterials 99-101 (2010) 16-18.
• [4] Mecwan M.M., Rapalo E.G., Mishra R.S., Haggard O.W., Bumgardner D.J.: Effect of molecular weight of chitosan degradated by microwave irradiation on lyophilized scaffold for bone tissue engineering applications. Journal of Biomedical Materials Research Part A 97A(1) (2011) 66-73.
• [5] Mellegard H., Strand P.S., Christensen E.B., Granum E.P., Hardy P.S.: Antibacterial activity of chemically defined chitosans: Influence of molecular weight, degree of acetylation and test organism. International Journal of Food Microbiology 148 (2011) 48-54.
• [6] Muzzarelli A.A.R.: Chitins and chitosans for the repair of wounded skin, nerve, cartilage and bone. Carbohydrate Polymers 76 (2009) 167-182.
• [7] Madihally V.S., Matthew T.W.H.: Porous chitosan scaffolds for tissue engineering. Biomaterials 20 (1999) 1133-1142.
• [8] Malafaya B.P., Pedro J.A., Peterbauer A., Gabriel C., Redl H., Reis L.R.: Chitosan particles agglomerated scaffolds for cartilage and osteochondrial tissue engineering approaches with adipose tissue derived stem cells. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 16 (2005) 1077-1085.
• [9] Chun J.H., Kim W-G, Kim H-C.: Fabrication of porous chitosan scaffold in order to improve biocompatibility. Journal of Physics and Chemistry of Solids 69 (2008) 1573-1576.
• [10] Kim E.S., Cho W.Y., Kang J.E., Kwon C.I., Lee B.E., Kim H.J., Chung H., Jeong Y.S.: Three-dimensional porous collagen/chitosan complex sponge for tissue engineering. Fibers and Polymers 2(2) (2001) 64-70.
• [11] Malafaya B.P., Reis L.R.: Bilayered chitosanu-based scaffolds for osteochondral tissue engineering: Influence of hydroxyapatite on in vitro cytotoxicity and dynamic bioactivity studies in a specific double-chamber bioreactor. Acta Biomaterialia 5 (2009) 644-660.
• [12] Szaraniec B., Kotula K., Chłopek J.: Kompozyty gradientowe dla medycyny regeneracyjnej. Kompozyty 9(3) (2009) 205-209.
• [13] Hannink G., Arts C.J.J.: Bioresorbability, porosity and mechanical strength of bone substitutes: What is optimal for bone regeneration? Injury, International Journal of the Care of the Injured 42 (2011) S22-S25.
• [14] Schliephake H., Neukam F. W., Klosa D.: Influence of pore dimensions on bone ingrowth into porous hydroxylapatite blocks used as bone graft substitutes. Ahistometric study. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery 20 (1991) 53-58.
• [15] Otsuki B., Takemoto M., Fujibayashi S., Neo M., Kokubo T., Nakamura T.: Novel Micro-CT Based 3-Dimentional Structural Analyses of Porous Biomaterials. Key Engineering Materials 330-332 (2007) 967-970.
• [16] Deymier-Black C.A., Almer D.J., Stock R.S., Dunand C.D.: Variability in the elastic properties of bovine dentin at multiple length scales. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 5(1) (2012) 71-81.
• [17] ISO 10993-5:2009 (E). Biological evaluation of medical devices - Part 5: Tests for in vitro cytotoxicity. International Organization for Standardization 2009.
• [18] Putnam K.P., Bombick D.W., Doolittle D.J.: Evaluation of eight in vitro assays for assessing the cytotoxicity of cigarette smoke condensate. Toxicology in Vitro 16 (2002) 599-607.
• [19] Aoki H.: Medical Applications of Hydroxyapatite. Ishiyaki EuroAmerica, Inc., Tokyo, St. Louis 1994.
• [20] Suchanek W., Yoshimura M.: Processing and properties of hydroxyapatite-based biomaterials for use as hard tissue replacement. Journal of Materials Research 13(1) (1998) 94-117.

Uwagi

PL

Praca finansowana w ramach DS MNd 2. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem sprzętu zakupionego w projekcie realizowanym zgodnie z umową nr P0PW.01.03.00-06-010/09-00 w ramach Programu Operacyjnego Rozwój Polski Wschodniej 2007-2013, Osi Priorytetowej I, Nowoczesna Gospodarka, Działanie 1.3. Wspieranie Innowacji.