هيدروكسي آپاتيت و شيشه هاي پايه سيليكاتي

ترجمه سمينار bioceramic
Hydroxyapatite /
in vitro bioactivity and biocompatbility
چكيده:
مواد بدست آمده بوسيله عمليات حرارتي و مخلوط كردن HA( هيدروكسي آپاتيت) و شيشه هاي پايه سيليكاتي از نوع در اين تحقيق بوده است.
تاثير مقدار شيشه روي تخلخل ،ريز ساختار و روي جزء اصلي سازنده ماده نهايي بررسي شده است.

تاثير اين فاكتورها روي رفتار زيستي در محيط invitro) مواد بدست آمده هم تحقيق شده است.
يك آزمايش زيست سازگاري در invitro با سلول هاي شبيه سلول هاي استخوان ساز انجام شده است.
افزايش شيشه به HA تغييراتي را در واكنش هاي حالت جامد ايجاد مي‌كند كه محصول از HA به فاز تغيير شكل مي يابد وساختمان سيليكون شامل فازهاي (pseudowollastonite silicocarnotite) مي‌باشد.
در اين مخلوط افزايش ميزان خلل و فرج و روزنه هاي ريز وريز ساختار ناهمگن با ماده اوليه مقايسه شده است. مقدار شيشه هاي sol-gel افزايش يافت و اثرات قبلي بزرگتر بودند.
اين مواد وقتي در مايعات بدن خيس مي خورند روي سطح آنها ساختار آپانيت لايه اي

يجادميشود كه اين عمل در نمونه اي كه مقدار شيشه بيشتري دارد با سرعت بيشتر انجام مي‌شود.
ساختمان اين لايه جديد در مناطقي كه اولويت دارند در هردو نمونه آغاز مي‌شود و به واكنش هاي متفاوت فازهاي كريستالي تغيير شكل يافته بستگي دارد.
يك اثر متقابل بين HA و شيشه مشاهده شده است كه نشان مي دهد كه در مخلوط رفتار زيستي سريع تر از حالتي است كه به تنهايي HA و يا شيشه داشته باشيم.

مواد بدست آمده باعث ميشوند كه سلول هاي شبيه سلول هاي استخوان ساز چسبندگي خوب وتوسعه وتكثير زياد داشته باشد وهيچ اثر سمي در اين رابطه مشاهده نشده است.

مقدمه:
مواد كلسيم فسفاتي و هيدروكسي آپاتيت به خاطر تشابه شان از نظر تركيب شيميايي با بافت استخواني و زيست سازگاري آنها و ايجاد نكردن تورم و واكنش التهاب زا واستعدادشان در توليد سلول هاي استخواني به طور ويژه اي براي قرار گرفتن به صورت كاشتي در استخوان ايده آل به نظر مي رسند.
هيدروكسي آپاتيت اجازه ايجاد يك واكنش بيولوژيكي ويژه را د رفصل مشترك بافت وكاشتني مي دهد كه باعث هدايت تغيير و دگرگوني پيوند بين استخوان وموادزيستي مي‌شود.
مواد ديگر مانند شيشه هاي پايه سيليكاتي رفتار زيستي بهتري را نسبت به كلسيم فسفات ها نشان مي دهد. به عنوان مثال واكنش هاي زيستي در شيشه هاي پايه سيليكاتي در چند دقيقه رخ مي دهد در حاليكه همين واكنش ها در HA چندين روز طول مي كشد.
يك مشخصه خيلي مهم از شيشه هاي پايه سيليكاتي اين است كه كه يك كنترل ژنتيكي روي واكنش سلول هاي استخوان ساز از خود نشان مي دهند.
سرعت رفتارهاي زيستي شيشه هاي پايه سيليكاتي وابسته به نقش Sio2 يا سيليكون در واكنش هاي سطح آنها و از اين رو روي رفتار in viro , in vitro آنها است.

واكنش هاي سطحي كه در شيشه هاي زيستي رخ مي دهد اجازه مي دهد كه كريستاليزشين هاي بعدي از كريستال هاي آپاتيت چسبندگي سلولي و دگرگوني كلاژن ايجاد مي‌شود.
سيليلكون نقش ضروري در توسعه اسكلت دارد.نخستين نشانه از نقش فيزيولوژيكي توسط carlisle گزارش شده است كه نشان مي دهد كه سيليكون در مراحل اول استخوان سازي درگير بوده است.
Milne , schwarz مطالعات مشابهي انجام دادند كه كمبود سيليكون در موش ها باعث تغيير شكل جمجمه آنها مي‌شود.
بعضي از كلسيم فسفات ها مانند بر خلاف HA معمولا جز مواد قابل جذب طبقه بندي مي‌شوند. و آنها طوري طراحي شده اند كه بعد از مدتي به تدريج محو مي‌شوند. و به وسيله بافت ميزبان جايگزين مي‌شوند.

چندين تن از مولفين نشان داده اند كه تركيب شكل گرفته بوسيله زينترينگ از HA با مقدار كمي از شيشه كه به آن اضافه شده (كه يا فسفات و يا پايه سيليكاهست) باعث مي‌شود كه محصول نهايي تغيير شكل بدهد و از HA به تبديل مي‌شود كه اين فرايند به تركيب شيشه وعمليات حرارتي بستگي دارد. به علاوه تركيبات پايه فسفاتي ممكن است پيشرفت زيادي از خواص مكانيكي ورفتار زيستي در مقايسه با HA خالص از خود نشان دهند.
براي اينكه سيليكون در دگرگوني استخوان اهميت دارد واينكه احتمال توليد فاز محلول كلسيم فسفات وجود دارد. اين خيلي جالب است كه رفتار زيستي HA و شيشه هاي پايه سيليكاتي را بررسي كنيم.
اگر چه تعدادي از مقالات كه منتشر شده در اين ارتباط بوده است.
در اين تحقيق: مخلوط HA و شيشه هاي پايه سيليكاتي كه آن را از اين پس ۵۵s مي ناميم كه براي روش sol-gel آماده شده بود. در ۱۳۰۰c زينتر شده است.
وتاثير مقدار شيشه ( كه ۵و۲۰ درصد وزني بود) روي ميزان تخلخل و ريزساختار وفازهاي جز اصلي از مواد نهايي مطالعه شده است.

تاثير اين فاكتورها روي رفتار زيستي در محيط in vitro از مواد بدست آمده تحقيق شده است و به علاوه در محيط in vitor زيست سازگاري اين مواد ارزيابي شده است.

۲) آزمايشات:
۱-۲) آماده سازي ومشخصات نمونه ها:
پودر ۵۵s بوسيله روش sol-gel آماده مي‌شود.
Triethyl phosphate &.Tetraethyl or thosilicate & calcium nitrato tetrahydrate در اكسيد مواد اوليه استفاده شده اند. سنتزها در جاي ديگر شرح داده شده اند.
ژل هاي خيس شده آسياب شده والك شدند وذرات آنها شكسته شده به صورت حلقه واندازه آن ها بين ۳۲ تا ۶۳ ميكرومتر مي‌باشد انتخاب مي‌شوند. و بعد از آن ژل حرارت مي بيند در دماي ۷۰۰ cبه مدت ۳ ساعت (۵۵s-700) HA از واكنش بين و محلول بدست مي آيد كه قبلا گزارش شده است.
HA بدست آمده در به مدت ۱ ساعت خشك مي‌شود و پس از آن به صورت خشك براي ۲۰ ساعت آسياب مي‌شود(HA-1200)
(55s-700) , (HA-1200) به صورت خشك در يك مخلوط كن به مدت ۲۴ ساعت مخلوط مي‌شوند.
مخلوط شامل ۵و۲۰ درصد وزني از (۵۵s-700) ] نمونه هاي M 80-20 , M95-5به ترتيب [ آماده مي‌شوند. قرص ها با ۱۳ ميلي متر قطر و ۲ ميلي متر ارتفاع) از ۵/۰ گرم از پودر مخلوط بدست مي آيند.

وتحت نيروي تك محوري ۵۵ مگاپاسكال وفشار ايزواستاتيك ۱۵۰ مگا پاسكال قرار مي گيرند بعد از آن قرص ها تا دماي حرارت مي بينند(۵درجه بر دقيقه) به مدت ۳ سال وبعد از آن به مدت ۲۴ ساعت تادماي حرارت مي بيند (۵ درجه بر دقيقه)
پودرهاي نارس ونمونه هاي توليد شده XRD مي‌شوند. و با SEM كوپل شده و با EDS مورد بررسي قرار مي گيرند. در XRD رنج اشعه از ۵ تا ۱۲۰ در جه است وهر step آن ۰۲/۰ درجه وزمان هر step 10 ثانيه مي‌باشد. تعيين عناصر موجود در نمونه ها به وسيله روش Rietveld انجام مي‌شود( با استفاده ازنرم افزار philips xpert

۲-۲) آزمايش رفتار زيستي in vitro در مايعات بدن شبيه سازي شده SBF simulated body fluid آزمايش in vitro با خيساندن ديسك ها روي حمايت كننده هاي عمودي در يك چهارچوب پلاتين در مايعات بدن شبيه سازي شده انجام شد.PH=7/3) و دما )
ژئومتري سطح در حجم محلول بوده است. نمونه ها خيس خورده اند به مدت ۳ سال ،۱ روزه،۳ روز ،۵ روز و ۷ روز در SBF. هر دو تغيير غلظت يون ها SBF و سطح نمونه ها بررسي شده است وغلظت اندازه گيري شد.

تغيير شكل لايه هاي آپاتيت گونه سطح قرص ها با SEM ,EDS,XRD بررسي شده است.
۳-۲) آزمايش زيست سازگاري in vitro
كشت سلولي وتكثير وآزمايش سميت شناسي در تحقيق زيست سازگاري مواد بدست آمده انجام شده. يك خط از سلول هاي شبيه سلول هاي استخوان ساز كه علامت گذاري شده استفاده مي‌شود ۴ نمونه در هر آزمايش استفاده مي‌شوند. كه به وسيله هواي خشك به مدت ۲۴ ساعت استريل شده اند.

شامل ۲mm گلوتامين پني سيلين و ۱۰۰mg/ml culture medium آنتي بيوتيك به فرمول و ۱۰% حجمي foetal calf است culturing در دماي واتمسفر نم دار شامل %۹۵ هوا و ۵% (شرايط استاندارد) نگهداري مي‌شود.
سلول هاي روي سطح مواد در ۲۴ صفحه كشت سلولي ريخته شده اند ودانسيتنه سلول ها در آزمايش تكثير و در آزمايش سميت شناسي بوده است.
اين آزمايشات با محلول اسيد آسكوربيك تازه آماده شده (۱۰mm) انجام شده و در شرايط استاندارد نگهداري مي‌شود. Culture medium بعد از سه روز تجديد شده وتازه مي‌شود.
رفتار الصاقي وانتشاري سلولهاي استخوان ساز رويسطح نمونه ها ومورفولوژي سلول ها به وسيله SEM در ۱ ساعت، ۶ساعت و ۱ روز و ۳ روز آناليز مي‌شود.
كاهش معرفي MTT نشان دهنده تكثير سلولي است.
لاكتات دهيد روژناز (LDH) از سلول هاي استخوان سازي در culture medium آزاد مي‌شود كه نشان دهنده سميت مواد است. اندازه گيري پس از ۳ روز انجام گرفته بود. براي تعيين LDH از بچه گربه هاي تجاري در دسترس استفاده شد. براي اينكه مقدار (LDH) در سلول هاي تجزيه شده تخمين زده شود مقدار LDH وقتي كه همه سلول ها تجزيه مي‌شوند. تعيين شد. براي اين هدف سلول هاي ريخته شده طي ۳ بار فرآيندdefrost –Freeze نابود شده و LDH در بالاي آن شرح داده شده است.
مطالعه آماري به وسيله انحراف از معيار( واريانس) انجام شد.
تست Scheffe براي ارزيابي اختلاف آماري در ميان گروه ها انجام شده بود.
در همه ارزيابي هاي آماري مطرح بود كه آماري معني دار است.

۳)نتايج:
۱-۳) پودر وخواص نمونه:
نمودار XRD پودر هيدروكسي آپاتيت كه در دماي زينتر شده و يكي از شيشه ها كه در زينتر شده در شكل ۱ مشخص است. در HA-1200 ماكزيمم پراش در فاز HA بوده است به علاوه ۲ پراش هم در cao مشاهده شده است. اطلاعات cao ناشي از تجزيه كربنات نارس هيدروكسي آپاتيت بوده است.
شكل XRD پودر ۵۵S كه در عمليات حرارتي شده خواص يك ماده آمورف را نشان ميدهد اما قسمت پهن در ۳۲ نشان دهنده كريستالي شدن مقدار كمي از هسته هاي فاز آپاتيت است.