Фосфат кальция является важнейшим неорганическим компонентом внеклеточного вещества кости. Неудивительно, что именно фосфаты кальция широко применяются в настоящее время в инженерии костной ткани. Обычно в состав имплантантов входит либо аморфный фосфат кальция, либо кристаллический гидроксиапатит, причем каждая форма имеет свои преимущества.
Лучший материал для имплантанта – это тот, который стимулирует рост клеток и восстановление костной ткани. Принято считать, что аморфный фосфат кальция вызывает лучший рост и более быстрое развитие клеток костной ткани по сравнению с гидроксиапатитом, поскольку выступает в качестве легкодоступного источника кальция и фосфора, которые необходимы развивающейся кости для построения своего гидроксиапатита.
Ученые из Китая обратили внимание, что при подобных сравнениях не учитывался размер частиц фосфата кальция, а ведь
наноструктурные особенности подложки оказывают существенное влияние на рост и развитие клеток. Поэтому они решили сравнить остеогенные свойства стеклянных подложек с нанесенными на них пленками из частиц аморфного фосфата кальция либо гидроксиапатита одинакового размера (20 нм; см. рисунок 1), чтобы быть уверенными, что различия в свойствах обусловлены именно структурой фосфата кальция.
В качестве клеток-предшественников костной ткани были использованы мезенхимальные стволовые клетки (
MSC) костного мозга кролика. Оказалось, что лучший рост клеток наблюдался на пленке из гидроксиапатита (рисунок 2).
В питательную среду для клеток были добавлены остеогенные факторы, чтобы MSC развивались в клетки костной ткани (
остеобласты). Чтобы оценить, насколько хорошо идет такое развитие, исследователи сравнили уровень экспрессии генов белков, специфичных для клеток костной ткани: коллагена, остеопонтина, остеокальцина. В этом эксперименте тоже получилось, что лучшие результаты наблюдаются для гидроксиапатита, а вовсе не для аморфного фосфата кальция (рисунок 3).
Китайские ученые отмечают, что они тщательно контролировали размер частиц, их форму и расположение на подложке, и что все характеристики поверхности пленок одинаковы. Различие состоит лишь в структуре фосфата кальция. Поэтому авторы исследования считают свои результаты более точными, и предлагают пересмотреть взгляды на то, что является лучшим материалом для создания костных имплантантов.
Работа
"Effect of crystallinity of calciumphosphate nanoparticles on adhesion, proliferation, and differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells" опубликована в
Journal of Materials Chemistry.
