チタン - アルミニウム - バナジウムインプラント材料の熱および化学修飾：表面特性、糖タンパク質吸着、およびMg63細胞付着への影響

熱的および化学的に修飾されたTI-6AL-4V合金ディスクの微細構造、化学組成、および濡れ性は、放射性標識フィブロネクチン合金表面吸着の程度と骨芽細胞様細胞のその後の接着の程度と相関しました。純粋な酸素または大気（ATM）のいずれかで加熱すると、表面酸化物内にAlとVが濃縮されました。加熱（酸素/ATM）と過酸化物処理の両方とそれに続くブタノール治療により、Alでは含まれていませんが、Vの含有量が減少しました。加熱（酸素/ATM）または過酸化物処理により、厚い酸化物層とより親水性の表面が、パッシブ化されたコントロールと比較すると、より親水性の表面をもたらしました。しかし、ブタノールによる治療後の治療は、加熱または過酸化物の治療だけよりも親水性表面が少なくなりました。処理後の放射性標識フィブロネクチンの吸着の最大の増加は、過酸化物/ブタノール処理サンプルに続いて過酸化物/ブタノールと熱/ブタノールを使用して観察されましたが、結合は未処理のコントロールと比較して20-40％しか増加しませんでした。これらの放射性標識フィブロネクチンを用いた実験は、糖タンパク質の吸着の強化が化学組成の変化とより高く相関しており、V含有量の減少とV/AL比の減少に反映されることを示しています。フィブロネクチンの吸着のわずかな上昇のみを促進したにもかかわらず、熱または熱/ブタノールによるディスクの治療は、未処理のディスクと比較して前処理されたディスクをコーティングするために使用されたフィブロネクチンの非接着濃度によって促進されたMg63細胞の付着の数倍の増加を誘発しましたディスク。したがって、表面特性のこれらの修正で得られた結果は、ALおよび/またはV（熱）の絶対含有量の増加、および/またはAL/V比（親水性の変化がほとんどない;熱+ブタノール）の増加が相関していることを示しています。骨芽細胞様細胞株のフィブロネクチン促進接着の増加。また、このインテグリン結合タンパク質の存在下での熱処理誘発性細胞接着の増強は、質量効果だけでなく生物活性の増加によるものであるように見えます。金属表面。将来の研究では、タンパク質の吸着と受容体を介した細胞接着に対するさまざまな埋め込み可能な合金の表面化学組成の影響を調査します。さらに、細胞インテグリン結合ドメインへの結合した骨形成タンパク質の特性を変化させることにより、オッセオインテグレーションの加速につながる骨芽細胞前駆体の付着、接着、発達反応を高めるインプラント表面を開発することが可能かもしれません。

The microstructure, chemical composition and wettability of thermally and chemically modified Ti-6Al-4V alloy disks were characterized and correlated with the degree of radiolabeled fibronectin-alloy surface adsorption and subsequent adhesion of osteoblast-like cells. Heating either in pure oxygen or atmosphere (atm) resulted in an enrichment of Al and V within the surface oxide. Heating (oxygen/atm) and peroxide treatment both followed by butanol treatment resulted in a reduction in content of V, but not in Al. Heating (oxygen/atm) or peroxide treatment resulted in a thicker oxide layer and a more hydrophilic surface when compared with passivated controls. Post-treatment with butanol, however, resulted in less hydrophilic surfaces than heating or peroxide treatment alone. The greatest increases in the adsorption of radiolabeled fibronectin following treatment were observed with peroxide/butanol-treated samples followed by peroxide/butanol and heat/butanol, although binding was only increased by 20-40% compared to untreated controls. These experiments with radiolabeled fibronectin indicate that enhanced adsorption of the glycoprotein was more highly correlated with changes in chemical composition, reflected in a reduction in V content and decrease in the V/Al ratio, than with changes in wettability. Despite promoting only a modest elevation in fibronectin adsorption, the treatment of disks with heat or heat/butanol induced a several-fold increase in the attachment of MG63 cells promoted by a nonadhesive concentration of fibronectin that was used to coat the pretreated disks compared to uncoated disks. Therefore, results obtained with these modifications of surface properties indicate that an increase in the absolute content of Al and/or V (heat), and/or in the Al/V ratio (with little change in hydrophilicity; heat+butanol) is correlated with an increase in the fibronectin-promoted adhesion of an osteoblast-like cell line. It would also appear that the thermal treatment-induced enhancement of cell adhesion in the presence of this integrin-binding protein is due to its increased biological activity, rather than a mass effect alone, that appear to be associated with changes in chemical composition of the metallic surface. Future studies will investigate the influence of the surface chemical composition of various implantable alloys on protein adsorption and receptor-mediated cell adhesion. In addition, by altering the properties of bound osteogenic protein enhancing exposure to cell integrin binding domains, it may be possible to develop implant surfaces which enhance the attachment, adhesion and developmental response of osteoblast precursors leading to accelerated osseointegration.