Нанотопография
Нанотопография относится к специфическим особенностям поверхности, которые формируются или генерируются на наноскопическом уровне . Хотя этот термин можно использовать для описания широкого спектра применений, от интегральных схем до микрофлюидики , на практике он обычно применяется к субмикронным текстурированным поверхностям, которые используются в исследованиях биоматериалов .
На природе
[ редактировать ]В природе обнаружено несколько функциональных нанотопографий. Считается , что на некоторых поверхностях, таких как лист лотоса, наносятся наноразмерные текстуры для абиотических процессов, таких как самоочищение. [1] Биомиметическое применение этого открытия с тех пор появилось в потребительских товарах. В 2012 году было признано, что нанотопографии в природе также используются в качестве антибиотиков. Крыло цикады , поверхность которого покрыта наноразмерными столбиками, вызывает лизис бактерий. Хотя наностолбики не предотвращали адгезию клеток, они действовали механически, растягивая микробные мембраны до разрушения. Испытания крыльев цикад in vitro продемонстрировали их эффективность против различных штаммов бактерий. [2]
Производство
[ редактировать ]Для производства нанотопографии доступны многочисленные технологии. Высокопроизводительные методы включают плазменную функционализацию , абразивоструйную очистку и травление . Несмотря на низкую стоимость, эти процессы ограничены в контроле и воспроизводимости размера и геометрии элемента. [3] Существуют методы, обеспечивающие большую точность элементов, в том числе электронно-лучевая литография и осаждение частиц , но они медленнее и более ресурсоемки по сравнению с ними. В качестве альтернативы можно использовать такие процессы, как молекулярная самосборка , которые обеспечивают повышенный уровень скорости производства и контроля характеристик.
Приложения в медицине
[ редактировать ]Хотя влияние нанотопографии на поведение клеток было признано только с 1964 года, некоторые из первых практических применений этой технологии реализуются в области медицины. [4] Среди немногих клинических применений — функционализация поверхностей титановых имплантатов с помощью нанотопографии, полученной с помощью погружного травления и пескоструйной обработки. Эта технология была в центре внимания разнообразных исследований, направленных на улучшение послеоперационной интеграции определенных компонентов имплантата. Определяющие факторы интеграции варьируются, но, поскольку большинство титановых имплантатов ориентированы на ортопедию, остеоинтеграция является доминирующей целью в этой области.
Приложения к клеточной инженерии
[ редактировать ]Нанотопография легко применяется к культуре клеток , и было показано, что она оказывает значительное влияние на поведение клеток разных линий . [4] Особенности подложки в наноразмерном режиме вплоть до порядка 9 нм способны сохранять некоторый эффект. Под воздействием исключительно топографических сигналов самые разные клетки демонстрируют реакции, включая изменения в росте клеток и экспрессии генов . [5] способны побуждать стволовые клетки дифференцироваться Определенные закономерности по определенным путям. [6] Заметные результаты включают остеогенную индукцию в отсутствие компонентов среды. [7] а также почти полное выравнивание клеток, как это наблюдается в гладких мышцах . [8] Потенциал топографических сигналов для выполнения функций, в противном случае требующих компонентов среды на основе ксено, обеспечивает высокую применимость к клиническим приложениям, поскольку регулирование и стоимость, связанные с продуктами животного происхождения, представляют собой серьезное препятствие в ряде клеточных технологий.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фэн, Л; и др. (2002). «Супергидрофобные поверхности: от натуральных к искусственным». Продвинутые материалы . 14 (24): 1857–1860. Бибкод : 2002AdM....14.1857F . дои : 10.1002/adma.200290020 . S2CID 137276048 .
- ^ Иванова Елена П.; Хасан, Джафар; Уэбб, Хайден К.; Труонг, Ви Кхань; Уотсон, Грегори С.; Уотсон, Иоланта А.; Баулин Владимир А.; Погодин, Сергей; Ван, Джеймс Ю.; Тобин, Марк Дж.; Лёббе, Кристиан; Кроуфорд, Рассел Дж. (2012). «Естественные бактерицидные поверхности: механическое разрушение клеток Pseudomonas aeruginosa крыльями цикады». Маленький . 8 (16): 2489–2494. дои : 10.1002/smll.201200528 . ISSN 1613-6810 . ПМИД 22674670 .
- ^ Стивенс, Б; и др. (2008). «Обзор материалов, методов изготовления и стратегий, используемых для улучшения регенерации кости в инженерных костных тканях». Журнал исследований биомедицинских материалов. Часть B: Прикладные биоматериалы . 85 (2): 573–582. дои : 10.1002/jbm.b.30962 . ПМИД 17937408 .
- ^ Перейти обратно: а б Кертис, ASG; Варде М (1964). «Контроль поведения клеток: топологические факторы». Журнал Национального института рака . 33 (1): 15–26. дои : 10.1093/jnci/33.1.15 . ПМИД 14202300 .
- ^ Ле Геэннек, Л; и др. (2007). «Поверхностная обработка титановых зубных имплантатов для быстрой остеоинтеграции». Стоматологические материалы . 23 (7): 844–854. doi : 10.1016/j.dental.2006.06.025 . ПМИД 16904738 .
- ^ Макнамара, Ю.Л.; МакМюррей, Р.Дж.; Биггс, MJP; Кантавонг, Ф.; Ореффо, Китайская республика; Далби, MJ (2010). «Нанотопографический контроль дифференцировки стволовых клеток» . Журнал тканевой инженерии . 1 (1): 120623. дои : 10.4061/2010/120623 . ISSN 2041-7314 . ПМК 3042612 . ПМИД 21350640 .
- ^ Далби, Мэтью Дж.; Гадегор, Николай; Таре, Рахул; Андар, Абхай; Риле, Матис О.; Гержик, Павел; Уилкинсон, Крис Д.В.; Ореффо, Ричард О.К. (2007). «Контроль дифференцировки мезенхимальных клеток человека с использованием наноразмерной симметрии и беспорядка». Природные материалы . 6 (12): 997–1003. Бибкод : 2007NatMa...6..997D . дои : 10.1038/nmat2013 . ISSN 1476-1122 . ПМИД 17891143 .
- ^ Йим, Эвелин К.Ф.; Дарлинг, Эрик М.; Кулангара, Карина; Гуилак, Фаршид ; Леонг, Кам В. (2010). «Вызванные нанотопографией изменения фокальных спаек, организации цитоскелета и механических свойств мезенхимальных стволовых клеток человека» . Биоматериалы . 31 (6): 1299–1306. doi : 10.1016/j.bimaterials.2009.10.037 . ISSN 0142-9612 . ПМЦ 2813896 . ПМИД 19879643 .