熱プラズマと冷大気圧プラズマで処理した表面における内皮細胞の生体適合性の比較分析

Comparative analysis of the biocompatibility of endothelial cells on surfaces treated by thermal plasma and cold atmospheric plasma.

抄録

近年、表面殺菌に低温大気圧プラズマ（CAP）が使用されている。しかし、熱プラズマ法と比較して、金属表面の生体適合性を改善する能力についてはほとんど知られていない。そこで本研究では、窒化雰囲気下での非熱プラズマ法と熱プラズマ法で処理したチタン表面のヒト内皮細胞（Ea.hy926）の反応を評価することを目的とした。濡れ性は無柄滴下法、表面形状および粗さは原子間力顕微鏡（AFM）、微細構造は微小角X線回折（GIXRD）により評価した。内皮細胞を培養し、走査型電子顕微鏡で形態を、MTT（3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl tetrazolium bromide）アッセイで生存率を評価した。CAP処理はTi表面の接触角を減少させ（13.43°±1.48；p<0.05）、親水性を増加させた。Rz粗さは、CAP処理面（83.29±11.61；p<0.001）および研磨面（75.98±34.21a）；p<0.001）と比較して、窒化処理面（220.44±20.30；p<0.001）で高かった。適用されたプラズマ処理の違いにより、内皮細胞の生体適合性を向上させるチタン表面は異なるが、CAPの結果は、この技術の低コストと使いやすさを考慮すると、臨床処置の前に表面処理を可能にする生物医学的応用の可能性を示している。

In recent years, cold atmospheric plasma (CAP) is used for surface disinfection. However, little is known about its ability to improve biocompatibility of metallic surfaces when compared to thermal plasma methods. In this context, the study aimed to evaluate the response of human endothelial cells (Ea.hy926) on titanium surfaces treated by non-thermal plasma method and thermal plasma method under nitriding atmosphere. The wettability was characterized by the sessile drop method, the topography and roughness were evaluated by atomic force microscopy (AFM), and the microstructure by grazing angle X-ray diffraction (GIXRD). Endothelial cells were cultured and evaluated for morphology by scanning electron microscopy and viability by an MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5 diphenyl tetrazolium bromide) assay. CAP treatment reduced the contact angle of the Ti surface (13.43° ± 1.48; p<0.05), increasing hydrophilicity. Rz roughness was higher on the nitrided surface (220.44±20.30; p< 0.001) compared to the CAP treated surfaces (83.29 ± 11.61; p< 0.001) and polished (75.98 ±34.21a); p<0.001). The different applied plasma treatments created different titanium surfaces improving the biocompatibility of endothelial cells, however CAP results demonstrate its potential for biomedical applications, considering the low cost and ease of use of the technique, allowing surface treatments before clinical procedures.