吸着タンパク質の立体構造と生物活性に対する生物活性ガラス結晶化の効果

生体材料の表面へのタンパク質吸着は、細胞の接着を媒介し、組織とインプラントの統合を促進します。以前の研究では、生物活性ガラス（BG）の結晶化が負のゼータ電位を有意に増加させ、材料表面への血清タンパク質吸着を減少させることを実証しました。この研究では、アモルファス生物活性ガラス（ABG）および結晶化生物活性ガラス（CBG）の表面に吸着されたタンパク質の立体構造を分析し、骨髄間葉系幹細胞の粘着および拡散に相関させました。ABGとCBGは、10％胎児ウシ血清、ウシ血清アルブミン（BSA）、およびフィブロネクチン（FN）を含む3つの異なるタンパク質溶液に37度Cで4時間浸されました。ABGに吸着されたすべてのタンパク質の（アミドI）/（アミドII）官能基の比率は、CBGに吸着されたタンパク質の比率よりも大きかった。ガウス曲線フィッティング分析は、吸着されたFNの帯電した柔軟な秩序化されていない二次構造が豊富なアミドIの有意な発現が、ABGの表面に刺激された骨細胞の接着と広がりを刺激することを示唆しています。CBGは、中性で安定したベータシート構造が豊富で、細胞の接着と拡散が制限されているアルファヘリックスが豊富なアミドIIを露出するタンパク質の立体構造を強制します。ABGはFNよりも有意に高い量のBSAを吸着させましたが、GA-FTIR分析により、吸着FNのアミドI/アミドIIの比率が有意に高かったことが示されました。したがって、アミドIまたはアミドIIバンドの強度は、吸着タンパク質の量の尺度とは見なすことはできません。

Protein adsorption onto the surface of a biomaterial mediates cell adhesion and enhances tissue-implant integration. In a previous study, we demonstrated that crystallization of bioactive glass (BG) significantly increased the negative zeta potential and decreased serum protein adsorption onto the material surface. In this study, the conformation of protein adsorbed onto the surface of amorphous bioactive glass (ABG) and crystallized bioactive glass (CBG) was analyzed and correlated to bone marrow mesenchymal stem cell adhesion and spreading. ABG and CBG were immersed in three different protein solutions containing 10% fetal bovine serum, bovine serum albumin (BSA), and fibronectin (FN) for 4 h at 37 degrees C. Grazing angle Fourier transform infrared spectroscopy (GA-FTIR) demonstrated that the ratio of (amide I)/(amide II) functional groups of all proteins adsorbed onto ABG was greater than that for proteins adsorbed onto CBG. The Gaussian curve fitting analysis suggests that the significant expression of amide I, rich in charged and flexible unordered secondary structure of adsorbed FN, stimulated bone cell adhesion and spreading on the surface of ABG. CBG enforces protein conformation that exposes amide II, rich in neutral and stable beta-sheet structure and alpha-helix, which limited cell adhesion and spreading. Although ABG adsorbed significantly higher quantity of BSA than FN, GA-FTIR analyses showed that the ratio of amide I/amide II was significantly higher for adsorbed FN. Therefore, the intensity of amide I or amide II bands cannot be taken as a measure of the quantity of adsorbed protein.