デトネーションナノダイヤモンドを含むポリ電解質多層膜上の骨芽細胞のin vitro特性評価

In vitro characterization of osteoblast cells on polyelectrolyte multilayers containing detonation nanodiamonds.

• Sascha Balakin
• Young-Shik Yun
• Jihye Lee
• Eun-Hye Kang
• Juliane Spohn
• In-Sik Yun
• Jörg Opitz
• Gianaurelio Cuniberti
• Jong-Souk Yeo

抄録

骨インプラントのナノ粒子強化コーティングは、持続可能な創傷治癒を促進し、患者の幸福度を向上させる有望な方法です。この論文では、新しいクラスのカーボンベースのコーティング材料として、起爆ナノダイヤモンド（NDS）を含むポリ電解質多層膜と相互作用する骨芽細胞のin vitroでの特性評価について説明します。カチオン性高分子電解質であるポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（PDDA）は、NDをシリカガラスに固定化するために使用されてきました。ＮＤ-ＰＤＤＡ多層膜の高さは、ＮＤとＰＤＤＡの５層の多層膜では、１層で最小１０ｎｍから最大９０ｎｍまで変化する。ND-PDDA多層膜上で培養されたヒト胎児骨芽細胞（hFOBs）は、多数の局所的な接着を示し、定量的な蛍光イメージング分析によって研究された。また、表面粗さがフィロポディア形成に及ぼす影響を走査型電子顕微鏡と原子間力顕微鏡を用いて評価した。その結果、5層の二重膜のナノ粗さがフィロポディア形成を抑制していることがわかった。その結果、ナノ膜上で増殖させたfFOBは、細胞外マトリックスタンパク質をコートしたシリカガラス基板上で培養した細胞と比較して、細胞形態が類似しているだけでなく、細胞生存率が約40%向上していることが明らかになった。高い細胞増殖と健全な細胞接着によって示されるND-PDDA多層膜の高い生体適合性は、薬剤溶出コーティングや一般的なバイオマテリアルのようなバイオメディカル用途への可能性を示しています。

Nanoparticle-enhanced coatings of bone implants are a promising method to facilitate sustainable wound healing, leading to an increase in patient well-being. This article describes the in vitro characterization of osteoblast cells interacting with polyelectrolyte multilayers, which contain detonation nanodiamonds (NDs), as a novel class of carbon-based coating material, which presents a unique combination of photoluminescence and drug-binding properties. The cationic polyelectrolyte, namely polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA), has been used to immobilize NDs on silica glass. The height of ND-PDDA multilayers varies from a minimum of 10 nm for one bilayer to a maximum of 90 nm for five bilayers of NDs and PDDA. Human fetal osteoblasts (hFOBs) cultured on ND-PDDA multilayers show a large number of focal adhesions, which were studied via quantitative fluorescence imaging analysis. The influence of the surface roughness on the filopodia formation was assessed via scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The nano-rough surface of five bilayers constrained the filopodia formation. The hFOBs grown on NDs tend to show not only a similar cell morphology compared to cells cultured on extracellular matrix protein-coated silica glass substrates, but also increased cell viability by about 40%. The high biocompatibility of the ND-PDDA multilayers, indicated via high cell proliferation and sound cell adhesion, shows their potential for biomedical applications such as drug-eluting coatings and biomaterials in general.

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