Preview

Бюллетень сибирской медицины

Расширенный поиск

Влияние физических, химических и биологических манипуляций на поверхностный потенциал кальций-фосфатных покрытий на металлических подложках

https://doi.org/10.20538/1682-0363-2011-3-72-81

Полный текст:

Аннотация

Показатели потенциала электростатического поля искусственных поверхностей зависят от технологии нанесения покрытий и могут регулироваться через изменение их физико-химических параметров. Химическая модификация высокочастотных (ВЧ) магнетронных кальций-фосфатных (КФ) покрытий посредством введения силикат-иона приводила к возрастанию электростатического потенциала изделий. Усложнение рельефа ВЧ-магнетронных КФ покрытий, зафиксированное по росту индекса шероховатости Ra, сопровождалось увеличением электретного потенциала поверхности и его статистической девиации. Взвесь клеток костного мозга в модельном биологическом электролите заполняла углубления КФ покрытий и, таким образом, модулировала амплитуду и выравнивала различия их поверхностного электростатического потенциала.

Об авторах

И. А. Хлусов
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете и Сибирском государственном медицинском университете
Россия

Хлусов Игорь Альбертович, д-р мед. наук, профессор кафедры морфологии и общей патологии СибГМУ, научный руководитель 

тел. 8-913-823-39-62



В. Ф. Пичугин
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете и Сибирском государственном медицинском университете
Россия
д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой теоретической и экспериментальной физики НИ ТПУ, научный руководитель


Э. А. Гостищев
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Россия
канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник


Ю. П. Шаркеев
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Россия
д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. лабораторией физики наноструктурных биосовместимых композитов


Р. А. Сурменев
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете и Сибирском государственном медицинском университете
Россия
канд. физ.-мат. наук, ассистент кафедры теоретической и экспериментальной физики


М. А. Сурменева
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете и Сибирском государственном медицинском университете
Россия
аспирант, инженер кафедры теоретической и экспериментальной физики


Е. В. Легостаева
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Россия
канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник лаборатории физики наноструктурных биосовместимых композитов


М. В. Чайкина
Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
Россия
д-р хим. наук, ведущий науч. сотрудник Института химии твердого тела и механохимии


М. В. Дворниченко
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете и Сибирском государственном медицинском университете
Россия

канд. мед. наук, докторант кафедры патофизиологии СибГМУ, инженер кафедры теоретической и экспериментальной физики



Н. С. Морозова
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете и Сибирском государственном медицинском университете
Россия
магистрант кафедры теоретической и экспериментальной физики


Список литературы

1. Введение в методы культуры клеток, биоинженерии органов и тканей/под ред. В.В. Новицкого, В.П. Шахова, И.А. Хлусова. Томск: STT, 2004. 386 с.

2. Карлов А.В., Хлусов И.А. Зависимость процессов репаративного остеогенеза от поверхностных свойств имплантатов для остеосинтеза//Гений ортопедии. 2003. № 3. С. 46-51.

3. Карлов А.В., Шахов В.П. Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики. Томск: STT, 2001. 480 с.

4. Карлов А.В., Хлусов И.А., Зайцев К.В. и др. Взаимодействие in vivo остеогенных клеток с наноструктурными кальций-фосфатными покрытиями при электронно-индуцированном изменении их поверхностного электрического потенциала//Бюл. СО РАМН. 2010. Т. 30, № 3. С. 105-112.

5. Коноплянников А.Г. Радиобиология стволовых клеток. М.: Энергоатомиздат, 1984. 120 с.

6. Пичугин В.Ф., Сурменева М.A., Сурменев Р.А. и др. Исследование физико-химических и биологических свойств кальций-фосфатных покрытий, созданных методом ВЧ-магнетронного распыления кремнийзамещенного гидроксилапатита//Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010 (в печати).

7. Самойлов В.О. Медицинская биофизика. СПб.: СпецЛит, 2007. 560 с.

8. Струц В.К., Петров А.В., Матвиенко В.М. и др. Свойства кальций-фосфатных покрытий, осаждаемых из абляционной плазмы, создаваемой мощными ионными пучками//Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2009): сб. науч. трудов. Т. 2. М.: Галлея-принт, 2009. С. 402-405.

9. Хлусов И.А., Карлов А.В., Шаркеев Ю.П. и др. Остеогенный потенциал мезенхимальных стволовых клеток костного мозга in situ: роль физико-химических свойств искусственных поверхностей//Клеточные технологии в биологии и медицине. 2005. № 3. С. 164-173.

10. Хлусов И.А., Хлусова М.Ю., Зайцев К.В. и др. Пилотное исследование in vitro параметров искусственной ниши для остеогенной дифференцировки пула стромальных стволовых клеток человека//Клеточные технологии в биологии и медицине. 2010. № 4. С. 216-224.

11. Чайкина М.В., Хлусов И.А., Карлов А.В., Пайчадзе К.С. Механохимический синтез нестехиометрических и замещенных апатитов с наноразмерными частицами для использования в качестве биосовместимых материалов//Химия в интересах устойчивого развития. 2004. Т. 12. С. 389-399.

12. Aronov D., Rosenman G. Traps states spectroscopy studies and wettability modification of hydroxyapatite nano-bio-ceramics//J. Appl. Phys. 2007. V. 101. P. 034701.

13. Biomaterials science: an introduction to materials in medicine. 2nd edition/ed. by B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen, J.E. Lemons. San Diego: Elsevier Academic Press, 2004. 851 p.

14. Cai K., Bossert J., Jandt K.D. Does the nanometre scale topography of titanium influence protein adsorption and cell proliferation?//Colloids Surf. B. Biointerfaces. 2006. V. 49, № 2. P. 136-144.

15. Damien C.J., Ricci J.L., Christel P. et al. Formation of a calcium phosphate-rich layer on absorbable calcium carbonate bone graft substitutes//Calcif. Tissue Int. 1994. V. 55. P. 151-158.

16. Dekhtyar Yu., Dvornichenko M.V., Karlov A.V. et al. Electrically functionalized hydroxyapatite and calcium phosphate surfaces to enhance immobilization and proliferation of osteoblasts in vitro and modulate osteogenesis in vivo//WC 2009/O. Dössel and W.C. Schlegel (eds.). V. 25. Springer, 2009. P. 245-248.

17. Discher D.E., Mooney D.J., Zandstra P.W. Growth factors, matrices, and forces combine and control stem cells//Science. 2009. V. 324. P. 1673-1677.

18. Ferrier J., Ross S.M., Kanehisa J., Aubin J.E. Osteoclasts and osteoblasts migrate in opposite directions in response to a constant electrical field//J. Cell. Physiol. 1986. V. 129. № 3. P. 283-288.

19. Gibson I.R., Best S.M., Bonfield W. Chemical Characterization of Silicon-Substituted Hydroxyapatite//J. Bio. Mater. Res. Symp. 1999. V. 44. P. 422-428.

20. Gomes P.S., Botelho C., Lopes M.A. et al. Evaluation of human osteobastic cell response to plasma-sprayed silicon-substituted hydroxyapatite coatings over titanium substrates//J. of Biomedical Materials Research B: Applied Biomaterials. 2010. V. 948. Issue 2. P. 337-346.

21. Hamamoto N., Hamamoto Y., Nakajima T., Ozawa H. Histological, histocytochemical and ultrastructural study on the effects of surface charge on bone formation in the rabbit mandible//Arch. Oral Biol. 1995. V. 40, № 2. P. 97-106.

22. Heubach J.F., Graf E.M., Leutheuser J. et al. Electrophysiological properties of human mesenchymal stem cells//Journal of Physiology. 2004. V. 554. P. 659-672.

23. Johnson L.A. Competitive interactions between cells: death, growth and geography//Science. 2009. V. 324, № 5935. P. 1679-1682.

24. Iwasa F., Hori N., Ueno T. et al. Enhancement of osteoblast adhesion to UV-photofunctionalized titanium via an electrostatic mechanism//Biomaterials. 2010. V. 31, № 10. P. 2717-2727.

25. Levin M. Large-scale biophysics: ion flows and regeneration//Trends in Cell Biology. 2007. V. 17. P. 261-270.

26. McCaig C.D., Rajnicek A.M., Song B., Zhao M. Controlling cell behavior electrically: Current views and future potential//Physiological Reviews. 2005. V. 85. P. 943-978.

27. Meyer U., Buchter A., Wiesmann H.P. et al. Basic reactions of osteoblasts on structured material surface//European Cells and Materials. 2005. V. 9. P. 39-49.

28. Morks M.F. Fabrication and characterization of plasma-sprayed HA/SiO2 coatings for biomedical application//J. Mech. Beh. Bio. Mater. 2008. S. 1. P. 105 -111.

29. Pichugin V.F., Eshenko E.V., Surmenev R.A. et al. Application of High-Frequency Magnetron Sputtering to Deposit Thin Calcium-Phosphate Biocompatible Coatings on a Titanium Surface//Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2007. V. 1, № 6. P. 679-682.

30. Qiu Q., Sayer M., Kawaja M. et al. Attachment, morphology, and protein expression of rat marrow stromal cells cultured on charged substrate surfaces//J. Biomed. Mater. Res. 1998. V. 42, № 1. P. 117-127.

31. Rosenman G., Aronov D. Wettability engineering and bioactivation of hydroxyapatite nanoceramics//Intern. Tech. Proc. Nanotech. Conf. Boston. 2006. V. 2. P. 91-94.

32. Scarano A., Degidi M., Iezzi G. et al. Maxillary sinus augmentation with different biomaterials: a comparative histologic and histomorphometric study in man//Implant Dent. 2006. V. 15. P. 197-207.

33. Sharkeev Yu.P., Legostaeva E.V., Eroshenko A.Yu. et al. The structure and physical and mechanical properties of a novel biocomposite material, nanostructured titanium-calcium-phosphate coating//Composite Interfaces. 2009. V. 16. P. 535-546.

34. Smeets R., Kolk A., Gerressen M. et al. A new biphasic osteoinductive calcium composite material with a negative Zeta potential for bone augmentation//Head Face Med. 2009. V. 5, № 13. (PMCID: PMC2706807; ) DOI: 10.1186/1746-160X-5-13

35. Smith I.O., Baumann M.J., McCabe L.R. Electrostatic interactions as a predictor for osteoblast attachment to biomaterials//J. Biomed. Mater. Res. A. 2004. V. 70. P. 436-441.

36. Sniadecki N.J., Desai R.A., Ruiz S.A., Chen C.S. Nanotechnology for cell-substrate interactions//Annals of Biomedial Engineering. 2006. V. 34. P. 59-74.

37. Thian E.S., Ahmad Z., Huang J. et al. The role of surface wettability and surface charge of electrosprayed nanoapatites on the behaviour of osteoblasts//Acta Biomater. 2010. V. 6. P. 750-755.

38. Thian E., Huang J., Best S. et al. The response of osteoblasts to nanocrystalline silicon-substituted hydroxyapatite thin films//Biomaterials. 2006. V. 27. P. 2692-2698.

39. Thull R. Titan in der Zahnheilkunde-Grundlangen//Z. Mitteilungen. 1992. V. 82. P. 39-45.

40. Yeo W.-S., Mrksich M. Electroactive Self-Assembled Monolayers that Permit Orthogonal Control over the Adhesion of Cells to Patterned Substrates//Langmuir. 2006. V. 22. P. 10816-10820.

41. Zhao M., Song B., Pu J. et al. Electrical signals control wound healing through phosphatidylinositol-3-OH kinase-c and PTEN//Nature. 2006. V. 442. P. 457-460.


Для цитирования:


Хлусов И.А., Пичугин В.Ф., Гостищев Э.А., Шаркеев Ю.П., Сурменев Р.А., Сурменева М.А., Легостаева Е.В., Чайкина М.В., Дворниченко М.В., Морозова Н.С. Влияние физических, химических и биологических манипуляций на поверхностный потенциал кальций-фосфатных покрытий на металлических подложках. Бюллетень сибирской медицины. 2011;10(3):72-81. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2011-3-72-81

For citation:


Khlusov I.A., Pichugin V.F., Gostischev E.A., Sharkeyev Y.P., Surmenev R.A., Surmeneva M.A., Legostayeva Y.V., Chaikina M.V., Dvornichenko M.V., Morozova N.S. The influence of physical, chemical and biological manipulations on surface potential of calcium phosphate coatings on metal substrates. Bulletin of Siberian Medicine. 2011;10(3):72-81. (In Russ.) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2011-3-72-81

Просмотров: 31


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1682-0363 (Print)
ISSN 1819-3684 (Online)