پتانسیل استخوان زایی شیشه های زیست فعال جامد-ژل حاوی منگنز
تاریخ انتشار: یکشنبه 13 مرداد 1398
| امتیاز:
شیشه های زیست فعال(BGs) به طور گسترده ای در بازسازی استخوان استفاده می شوند و اجازه تلفیق شدن یون های مختلف با ویژگی های درمانی را به شبکه شیشه ای می دهند. در بین یون های مختلف با مزایای درمانی، نشان داده شده است که منگنز(Mn) متابولیسم استخوانی را تحت تاثیر قرار می دهد و اینتگرین های استئوبلاست های انسانی را فعال می کنند، چسبندگی سلولی، تکثیر و پراکنش سلولی را بهبود می بخشند. هم چنین منگنز به درون سرامیک های زیستی و به عنوان یک یون درمانی برای بهبود استخوان زایی تلفیق می شود. در این جا تا 4.4 مول درصد اکسید منگنز جایگزین اکسید کلسیم در ترکیب 58S(60 mol% SiO2, 36 mol% CaO, 4 mol% P2O5) شد و اثرات آن روی ویژگی های شیشه و قابلیت اثر گذاری آن روی تمایز استخوانی ارزیابی شد. شیشه های زیستی حاوی منگنز با ساختار آمورف(بی شکل) مساحت سطحی اختصاصی بالا و تخلخل نانو بدست آمدند. وجود یون های منگنز بوسیله XPS ثابت شد. زیست شیشه های حاوی منگنز هیچ اثر سمی روی سلول های بنیادی مزانشیمی انسانی(hMSCs) نداشتند و آزاد سازی حفظ شده یونی در محیط کشت را مقدور ساختند. تحریک تمایز استخوانی سلول های بنیادی مزانشیمی انسانی و اثر آن ها روی فرایند معدنی شدن از طریق فعالیت آلکالین فسفاتازی(ALP)،بیان مارکرهای تمایز استخوانی مانند کلاژن نوع یک، استئوپونتین و استئوکلسین ثابت شد که بیان بالاتری را در حضور نمونه های حاوی منگنز در مقایسه با کنترل نشان دادند. نتایج نشان می دهد آزادسازی یون های منگنز از شیشه های زیست فعال، تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی انسانی(hMSCs) به مسیر استخوانی را تحریک می کند، در حالی که سلول های بنیادی مزانشیمی انسانی که در معرض شیشه های زیستی بدون منگنز قرار گرفتند تمایز نیافتند. تلفیق منگنز امید زیادی را برای بدست آوردن شیشه هایی با ویژگی های برتر بازسازی بافت استخوانی ایجاد کرده است.
J Mater Sci Mater Med. 2019 Jul 13;30(7):86. doi: 10.1007/s10856-019-6288-9.
Osteogenic potential of sol-gel bioactive glasses containing manganese.
Barrioni BR1, Norris E2, Li S2, Naruphontjirakul P2,3, Jones JR2, Pereira MM4.
Abstract
Bioactive glasses (BGs) are widely used for bone regeneration, and allow the incorporation of different ions with therapeutic properties into the glass network. Amongst the different ions with therapeutic benefits, manganese (Mn) has been shown to influence bone metabolism and activate human osteoblasts integrins, improving cell adhesion, proliferation and spreading. Mn has also been incorporated into bioceramics as a therapeutic ion for improved osteogenesis. Here, up to 4.4 mol% MnO was substituted for CaO in the 58S composition (60 mol% SiO2, 36 mol% CaO, 4 mol% P2O5) and its effects on the glass properties and capability to influence the osteogenic differentiation were evaluated. Mn-containing BGs with amorphous structure, high specific surface area and nanoporosity were obtained. The presence of Mn2+ species was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Mn-containing BGs presented no cytotoxic effect on human mesenchymal stem cells (hMSCs) and enabled sustained ion release in culture medium. hMSCs osteogenic differentiation stimulation and influence on the mineralisation process was also confirmed through the alkaline phosphatase (ALP) activity, and expression of osteogenic differentiation markers, such as collagen type I, osteopontin and osteocalcin, which presented higher expression in the presence of Mn-containing samples compared to control. Results show that the release of manganese ions from bioactive glass provoked human mesenchymal stem cell (hMSC) differentiation down a bone pathway, whereas hMSCs exposed to the Mn-free glass did not differentiate. Mn incorporation offers great promise for obtaining glasses with superior properties for bone tissue regeneration.
PMID: 31302783