The effect of biomaterials ion reactivity on cell viability in vitro

Abstract

Powszechnie wiadomo, że reaktywne jonowo biomateriały indukują różne interakcje z otaczającym środowiskiem, powodując zmiany stężenia jonów, zwłaszcza kluczowych jonów takich jak wapń, magnez i fosfor, co może wpływać na metabolizm i żywotność komórek. Głównym składnikiem części mineralnej kości i zębów jest hydroksyapatyt (HAp) (Ca10(PO4)6(OH)2). W celu polepszenia własności mechanicznych oraz poręczności chirurgicznej hydroksyapatytu można połączyć go z dodatkowym komponentem organicznym np. polisacharydowym. W niniejszej pracy oznaczano reaktywność jonową oraz cytotoksyczność 2 typów kompozytów na bazie glukanu (kompozytu glukan-HAp i kompozytu glukan-C-HAp) oraz poszczególnych ich składników: wysokoporowatych granul hydroksyapatytu (HAp), wysokoporowatych granul HAp węglanowo-magnezowych (C-HAp) oraz glukanu. Reaktywność jonową testowanych materiałów oznaczono za pomocą absorpcyjnej spektrometrii atomowej (ASA). Badania in vitro przeprowadzono z zastosowaniem linii komórkowej hFOB 1.19 (ludzkie płodowe osteoblasty) oraz pierwotnej hodowli fibroblastów skóry (HSF). Cytotoksyczność ekstraktów z biomateriałów określono z użyciem 2 testów - MTT i NRU. Wyniki badań wyraźnie wskazały, że dodatek wysokoporowatych granul HAp i C-HAp do glukanu powoduje, że kompozyt jest reaktywny jonowo, co wpływa na metabolizm i żywotność hodowanych komórek.It is widely known that surface-reactive biomaterials induce various interaction with surrounded environment, causing changes in the ion concentration, especially with respect to the crucial ions such as calcium, magnesium and phosphorous, what may significantly affect the cell metabolism and viability. Hydroxyapatite (HAp) (Ca10(PO4)6(OH)2) is the main inorganic component of bones and teeth. In order to improve mechanical properties and surgical handiness of hydroxyapatite, an organic component e.g. polysaccharide can be added. In this work, the ion reactivity and cytotoxicity of 2 types of glucan-based composites (composite glucan-HAp and composite glucan-C-HAp) were evaluated. Additionally, the ion reactivity and cytotoxicity of each component of the composites: highly porous hydro- xyapatite (HAp), highly porous carbonated-Mg-HAp (C-HAp) and glucan were evaluated. The ion reactivity of tested materials was assessed by atomic absorption spectrometry (AAS). In vitro tests were carried out using hFOB 1.19 cell line (human fetal osteoblast cells) and human skin fibroblast primary cell culture (HSF). The cytotoxicity of biomaterials extracts was estimated by 2 methods - MTT and NRU. Our studies clearly indicated that addition of highly porous HAp and C-HAp granules to the glucan, make the composite ion reactive, what affects the metabolism and viability of cultured cells