炭化チタンとチタン酸化物を備えたナノ構造薄膜によるin vitroでの骨芽細胞応答の改善

はじめに：最近、イオンメッキプラズマ支援技術に基づいた新しい堆積方法を導入し、チタンインプラントをグラファイト炭素の周りにクラスター化した炭化チタンと酸化チタンで構成される薄いがハードナノ構造化された層をコーティングしました。ナノ構造層には二重効果があります。バルクチタンを生物組織の過酷な条件から保護し、同時に骨芽細胞に刺激的な作用があります。 結果：この研究の目的は、in vitroで培養された骨芽細胞に対するこの層の生物学的効果を説明することです。ナノ構造層は、骨の離職に関与するタンパク質と相関する多くの初期遺伝子の過剰発現を引き起こし、α3β1インテグリン、タリン、パキシリンの表面受容体の数の増加を引き起こすことを実証します。走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、および単一細胞力分光法により、単一細胞レベルでの分析は、コーティングされたチタンサンプルで培養された細胞の増殖、接着、および拡散が、コーティングされていないチタンのものよりも高い方法を示しています。最後に、層の化学は、コーティングされていない症例と比較して、血栓のより良い形成とより多くの付着した血小板を誘導し、これらはインプラントオッセオインテグレーションの速度を改善するための有用な特徴です。 結論：要約すると、ナノ構造化されたTICフィルムは、その物理的および化学的特性により、インプラントを保護し、骨による受け入れを改善するために使用できます。

INTRODUCTION: Recently, we introduced a new deposition method, based on Ion Plating Plasma Assisted technology, to coat titanium implants with a thin but hard nanostructured layer composed of titanium carbide and titanium oxides, clustered around graphitic carbon. The nanostructured layer has a double effect: protects the bulk titanium against the harsh conditions of biological tissues and in the same time has a stimulating action on osteoblasts. RESULTS: The aim of this work is to describe the biological effects of this layer on osteoblasts cultured in vitro. We demonstrate that the nanostructured layer causes an overexpression of many early genes correlated to proteins involved in bone turnover and an increase in the number of surface receptors for α3β1 integrin, talin, paxillin. Analyses at single-cell level, by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and single cell force spectroscopy, show how the proliferation, adhesion and spreading of cells cultured on coated titanium samples are higher than on uncoated titanium ones. Finally, the chemistry of the layer induces a better formation of blood clots and a higher number of adhered platelets, compared to the uncoated cases, and these are useful features to improve the speed of implant osseointegration. CONCLUSION: In summary, the nanostructured TiC film, due to its physical and chemical properties, can be used to protect the implants and to improve their acceptance by the bone.