ヒドロキシアパタイトベースのマイクロチャネル上のヒト骨芽細胞の方向

この研究では、ヒト骨芽細胞細胞の成長と方向に対するリン酸カルシウムベースのマイクロチャネルの効果を調査します。基質として、輪郭の精度が高いヒドロキシアパタイトベースのマイクロチャネルは、新しいマイクロ成形技術によって製造されました。この方法で得られたマイクロチャネルは、16.0±0.7から76.6±1.4μmの範囲の幅と、7.9±0.8〜15.5±1.3μmの深さを特徴としていました。X線回折分析、走査型電子顕微鏡イメージング、および3D結合プロフィロメトリーを使用して、表面および等高線の特性評価を実施しました。異なる幅のマイクロチャネルでの細胞活性とアライメントは、1日および3日後に測光分光法と蛍光顕微鏡イメージングにより決定され、Tukeyの多重比較テストによって統計的に分析されました。幅16および30μmのマイクロチャネルの1日目と3日目には、マイクロチャネルの方向と比較して0〜15°の角度範囲内に向けられた骨芽細胞の70〜80％。興味深いことに、16および30μmのチャネル幅のためにマイクロチャネル内で成長した細胞の20％のみが。チャネル幅が45、65、76μmの基質により、細胞の約40％が内部で成長することができました。マイクロチャネルの深さは、ほとんど大きな影響を与えませんでした。ラメリポディアとフィロポディアを伴う細胞の形態を平坦で広げて拡散したため、1日後には既に観察されるため、すべてのマイクロパターンの表面は良好な細胞付着を引き起こしました。骨芽細胞活性に対するマイクロチャネルの効果は、比色測定WST-1アッセイを使用して決定されました。さらに、細胞分化はコラーゲンI型染色によって評価されました。WST-1アッセイによって得られた細胞活性は、さまざまな幅と深さのすべてのマイクロパターン化されたサンプルで重要ではありませんでした。コラーゲンI型の評価により、1、3、7日後にすべてのマイクロパターン化されたサンプルで同じ量が得られました。要約すると、HAベースのパターンのマイクロチャネル幅は、ヒト骨芽細胞の方向付けられた成長に明確な効果をもたらし、歯科インプラントなどの表面の新しい設計戦略を可能にします。

The effect of calcium phosphate-based microchannels on the growth and orientation of human osteoblast cells is investigated in this study. As substrates, hydroxyapatite-based microchannels with high contouring accuracy were fabricated by a novel micro-moulding technique. Microchannels obtained by this method featured widths ranging from 16.0±0.7 to 76.6±1.4 μm and depths from 7.9±0.8 to 15.5±1.3 μm. Surface and contour characterization was carried out using X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy imaging and 3D-confocal profilometry. Cell activity and alignment on microchannels with different widths were determined after 1 and 3 days by photometric spectroscopy and fluorescence microscopic imaging and statistically analysed by Tukey's multiple comparison test. On days 1 and 3 for microchannels of width 16 and 30 μm, 70-80% of the osteoblasts oriented within an angular range of 0-15° relative to the microchannel direction. Interestingly, only 20% of the cells grew inside the microchannels for channel widths of 16 and 30 μm. Substrates with channel widths of 45, 65 and 76 μm allowed ∼40% of the cells to grow inside. The depth of the microchannel showed hardly any significant impact. All micropatterned surfaces provoked a good cell attachment, as flat and spread cell morphologies with lamellipodiae and filopodiae could already be observed after 1 day. The effect of the microchannels on osteoblast activity was determined using the colorimetric WST-1 assay. In addition, the cell differentiation was assessed by collagen type I staining. The cell activity obtained by WST-1 assay differed insignificantly for all micropatterned samples of various widths and depths. The assessment of collagen type I yielded the same amounts for all micropatterned samples after 1, 3 and 7 days. In summary, the microchannel width of HA-based patterns has a distinct effect on the directed growth of human osteoblast cells, allowing novel design strategies for surfaces such as dental implants.