بررسي تأثير ميزان يون استرانسيوم بر خواص حرارتي، زيست فعالي، ضد باكتريايي و رفتار سلول‌هاي استئوبلاست MC3T3-E1 شيشه زيست فعال پايه سيليكاتي

Investigation of the Effect of Strontium Ion Content on Thermal, Bioactivity, Antibacterial Properties and Behavior of MC3T3-E1 Osteoblast Cells in Silicate-Based Bioactive Glass

شيشه هاي زيست فعال قابليت اتصال با بافت هاي بدن را نيز دارند، از اين نظر مي توان آن ها را موادي مناسب براي كاربردهايي نظير مهندسي بافت استخوان دانست. در اين پژوهش ابتدا به سنتز و بررسي تغييرات ساختاري، زيست سازگاري، زيست فعالي، رفتار زيستي و خاصيت ضد باكتريايي شيشه هاي زيست فعال پايه سيليكاتي جانشين شده با استرانسيوم و بدون استرانسيوم پرداخته شد. براي بررسي زيست فعالي، پودر شيشه ها در زمان هاي 1، 3، 7 و 14 روز در محلول شبيه سازي شده با محيط بدن قرار داده شدند و قبل و بعد از بازه هاي زماني مذكور، تغييرات و روند تشكيل لايه هيدروكسي آپاتايت روي سطح آن ها، با استفاده از پراش پرتوايكس، مطالعات طيف سنجي فروسرخ، بررسي نرخ رهايش عناصر مختلف شيشه، تغييرات pH و مطالعات ريزساختار با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي، بررسي شد. نتايج آزمون هاي پراش پرتوايكس و مطالعات طيف سنجي فروسرخ، تغييرات ايجاد شده روي لايه هيدروكسي آپاتايت بلورين را نشان داد. همچنين نتايج آزمون زنده/ مرده، بررسي ريزساختار هسته و ريز رشته هاي اكتين سلول هاي استيوبلاست MC3T3-E1 نشان داد كه 5 درصد استرانسيوم در شيشه زيست فعال پايه سيليكاتي منجر به رشد، تكثير و فعاليت سلول هاي استيوبلاست MC3T3-E1 شد. نتايج آزمون سميت سلولي و ارزيابي فعاليت فسفات قليايي نشان داد كه جايگزيني استرانسيوم بجاي كلسيم در تركيب شيشه زيست فعال پايه سيليكاتي نه تنها سميت سلولي ايجاد نكرد بلكه باعث تكثير قابل ملاحظه و فعاليت سلول هاي استيوبلاست MC3T3-E1 شد. بهبود خاصيت ضد باكتريايي شيشه زيست فعال حاوي استرانسيوم بر عليه باكتري مرسا در قياس با شيشه زيست فعال بدون استرانسيوم ديده شد.

Bioactive glass (BG), is able to bind to body tissues, in this regard, it can be considered suitable material for applications such as bone tissue engineering. In this study, we first synthesized and studied the structural changes, biocompatibility, in vitro bioactivity, biological behavior and antibacterial properties of silicate-based BG containing with strontium. To evaluate the bioactivity, the BG powder was placed in a simulated body fluid (SBF) solution for 1, 3, 7 and 14 days and then before and after the mentioned time periods, the changes and the process of forming a hydroxyapatite (HA) layer on their surface was studied by using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), release rates of various ions elements, pH changes and scanning electron microscopy (SEM). The results of X-ray diffraction tests and infrared spectroscopy studies confirmed the formation of crystalline HA layer on the BG surface. Moreover, the results of live/dead assay, nucleus microstructure and actin microfilaments of MC3T3-E1 osteoblast cells showed that 5% of strontium in silicate-based bioactive glass led to the growth, proliferation and activity of MC3T3-E1 osteoblast cells. The results of cytotoxicity test and evaluation of alkaline phosphate activity showed that substitution of strontium instead of calcium in silicate-based bioactive glass composition not only did not cause cytotoxicity but also caused significant proliferation and activity of MC3T3-E1 osteoblast cells. Meanwhile, improvements in the antibacterial properties of strontium-containing bioactive glass against MRSA bacteria were observed in comparison with strontium-free bioactive glass.