Nanostrukturalne powłoki na bazie tytanu do kontaktu z krwią; diagnostyka strukturalna, adhezja komórek w warunkach hydrodynamicznych

• Autorzy: Major R. , Bruckert F. , Lackner J. M. , Kustosz R. , Lacki P. , Major B.

Warianty tytułu

EN

Nanostructure titanium based coatings for blood contact; structure diagnostics, cell adhesion in hydrodynamic conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Adhezja i aktywacja komórek krwi do powierzchni materiałów o przeznaczeniu na implanty naczyniowe jest bardzo istotnym zagadnieniem. Parametry strukturalne istotnie wpływają na interakcję biomateriału z tkanką łączną. Celem prowadzonych prac jest wytworzenie gradientowego materiału o odpowiednich właściwościach strukturalnych i dobrej biozgodności. Przedmiotem realizowanych badań są cienkie warstwy gradientowe na bazie tytanu metalicznego oraz stechiometrycznego TiN i Ti(C, N) nanoszone róż-nymi metodami, a mianowicie: ablacji laserowej (PLD), magnetronową oraz hybrydową łączącą PLD z magnetronową na podłoża tak metaliczne (tytanowe) oraz na klinicznie stosowany poliuretan. Proces osadzania realizowano w Centrum Laserowym w Austrii, kompleksową diagnostykę strukturalną na podstawie badań XRD, SEM, TEM, HRTEM w IMIM PAN w Krakowie. W ośrodku francuskim w Laboratorium Biofizycznym na Politechnice w Grenoble oraz Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu prowadzono testy wyznaczenia kinetyki przylegania modelowych komórek do materiałów o potencjalnym zastosowaniu biomedycznym. Skonstruowano unikatową aparaturę do badań adhezji komórek w warunkach przepływu medium. Analiza prowadzona jest na podstawie badań komórek eukariota, której prosty genom jest łatwo manipulowany przez techniki biologii molekularnej. Dane doświadczalne uzyskuje się na drodze analizy obrazów fluorescencyjnych po przeprowadzonym teście w warunkach hydrodynamicznych i służą one do wyznaczania krzywych kinetycznych. Kompleksowa diagnostyka strukturalna realizowana jest metodą rentgenografii strukturalnej oraz skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej i ma na celu opis morfologii powierzchni, analizę właściwości fizycznych oraz mechanicznych. Uzyskane wyniki z przeprowadzonych testów modelowych stanowić będą podstawę do testów kinetyki z zastosowaniem komórek krwi i określenia ich interakcji ze sztuczną powierzchnią. Problem agregacji płytek krwi do sztucznych powierzchni wprowadzanych do organizmu pacjenta jest bardzo istotny w realizowanej we współpracy z Fundacją Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu problematyce związanej z wieloletnim projektem strategicznym "Polskie Sztuczne Serce".

EN

The measurement of the strength of bonds between biomaterials and cells is a major challenge in cellular biology since it allows for the identification of different species in adhesion phenomena. Biomaterials, such as diamond-like carbon (DLC), titanium (Ti), and stoichiometric titanium nitride (TiN) as well as titanium carbo-nitrade (Ti(C, N)), seem to be good candidates for future blood-contact applications. These materials were deposited as thin films by the hybrid pulsed laser deposition (PLD) technique to examine the influence of such surfaces on cell behaviour. The kinetic energy of the evaporated particles was controlled by application of different reactive and non reactive atmospheres during deposition. High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) was used to reveal structure dependence on specific atmosphere in the reactive chamber. New experimental technique to examine the crystallographic orientation based on X-ray texture tomography was applied to estimate contribution of the atmosphere to crystal orientation. The biomaterial examinations were performed in static conditions with Dictyostelium discoideum cells and then subjected to a dynamical test to ob-serve the cell detachment kinetics. For a given cell, detachment occurs for critical stress values caused by the applied hydrodynamic pressure above a threshold which depends on cell size and physicochemical properties of the substrate, but it is not affected by depolymerization of the actin and tubulin cytoskeleton. Tests revealed differences in behavior in respect to the applied coating material. The strongest cell-biomaterial interaction was observed for the carbon-based materials compared to the titanium and titanium nitride. Correlations between the cell adhesion and surface properties of materials were examined using the texture tomography and the surface topography techniques. A finite element modelling exhibited cell reactions to shear stress impact. A problem of blood plates adhesion to artificial surfaces implanted into a patient body is of a crucial type in realization of the multiyear strategic project "Polish Artificial Heart".

Słowa kluczowe

PL

adhezja; implanty naczyniowe; zastosowania biomedyczne; oddziaływanie komórka-materiał; adhezja płytek krwi

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 30, nr 5
• Strony: 356--358
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Major R.

autor

Bruckert F.

autor

Lackner J. M.

autor

Kustosz R.

autor

Lacki P.

autor

Major B.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie,

Bibliografia

• [1] Ratner B. D., Hoffman A. S., Schoen F. J., Lemons J. E.: Biomaterials Science; Copyright Elsevier Inc. 1 (2004).
• [2] Magali Demilly, Yves Brechet, Franz Bruckert, Laurence Boulang´e. Kinetics of yeast detachment from controlled stainless steel surfaces Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 51 (2006) 71-79
• [3] Garrivier1 D., Decave E., Brechet Y., Bruckert F., and Fourcade B.: Eur. Phys. J. E 8 (2002) 79–97.
• [4] Bruckert F., De Cave E., Garrivier D., Cossion P., Brechet Y., Fourcade B., Satre M.: Journal of Muscle Research and Cell Motility 23 (2002) 651-658, Kluwer Academic Publishers, Netherlands (2003).
• [5] Major R., Bruckert F., Lackner J. M., Waldhauser W., Pietrzyk M., Major B.: Bull.Pol.Ac.: Tech. 56(3) (2008) 223-228.
• [6] Chen C. S., Mrksich M., Huang S., Whitesides G. M., Ingber D. E.: Geometric Control of Cell Life and Death. Science 276 (1997).