소 혈청 알부민

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12336(2022) 이 기사 인용

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그래핀과 그 계열은 초기계적 특성, 전기 전도성 및 항균 특성으로 인해 조직 공학에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그래핀 산화물 계열의 높은 산소 함유 그룹에 따른 높은 표면적 및 즉시 사용 가능한 기능화와 같은 그래핀의 다른 특성을 고려하면 뼈 조직 공학에서 일부 요구 사항을 해결할 수 있습니다. 본 연구에서는 친환경적이고 새로운 방법을 이용하여 산화 그래핀의 환원 과정에서 스트론튬 나노입자(SrNP)를 합성하고 장식하였다. 히드라진이나 화학적 링커를 사용하지 않고 스트론튬 NP를 합성하고 BSA를 사용하여 동시에 rGO 표면에 장식했습니다. UV-Vis, FTIR 및 Raman 분광학의 결과는 BSA가 rGO 표면의 산화 그래핀 및 장식된 SrNP를 성공적으로 감소시킬 수 있음을 보여주었습니다. FESEM과 TEM은 현장에서 합성된 SrNP의 직경이 25-30 nm임을 보여주었습니다. 흥미롭게도, SrNPs-rGO로 처리된 MC3T3-E1 세포의 세포 생존율은 일정한 농도에서 BSA-rGO 및 GO보다 유의하게 높았습니다. 또한, 우리는 이러한 나노 시트의 알칼리성 포스파타제 활성 (ALP)을 조사한 결과 Sr-BSA-rGO가 GO 및 BSA-rGO보다 ALP 활성을 더 향상시키는 것으로 나타났습니다. 놀랍게도, MC3T3-E1 세포의 RUNX 2 및 Col1 유전자의 상대적 발현은 Sr-BSA-rGO 나노시트로 처리했을 때 증가되었습니다. 이 연구는 나노시트 표면에 스마트 나노입자를 장식하기 위한 친환경적이고 손쉬운 물질로 단백질과 기타 생체분자를 사용하는 것이 유망하며 연구원이 거칠고 독성이 있는 히드라진 같은 물질을 생체 친화적인 방법으로 대체하는 데 도움이 될 것임을 밝혔습니다. 이러한 결과는 Sr-BSA-rGO가 뼈 조직 재생에 탁월한 능력을 갖고 있으며 임플란트의 골형성 촉진제로 사용될 수 있음을 입증했습니다.

뼈는 기계적 지지, 장기 보호 및 골격 연속성을 위한 기초 역할을 하기 때문에 신체에서 가장 중요한 조직 중 하나입니다. 뼈의 구조적 완전성에 대한 손상은 외상, 수술, 종양 및 골다공증을 포함한 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있습니다1. 대부분의 경우 뼈는 스스로 재생하고 복구할 수 있는 상당한 능력을 가지고 있습니다. 그러나 뼈 조직의 완전한 재생이 불가능하고 추가 자극이 필요한 특정 상황이 있습니다2. 생체재료는 뼈 조직 공학3,4에서 뼈 이식에 대한 실행 가능한 대안입니다. 합성 수산인회석, 인산삼칼슘, 기타 바이오세라믹, 고분자 지지체 및 금속 임플란트는 뼈 및 경조직 공학4에서 널리 활용되는 생체재료의 예입니다. 나노기술의 발전은 임상 과학의 나노의학 연구를 변화시켜 기능성 나노물질의 설계와 완벽한 통합에 의존하는 새로운 나노장치와 나노시스템을 탄생시켰습니다. 그래핀 계열 파생물은 많은 합성 나노바이오소재5,6 중에서 생의학 응용 분야에서 많은 관심을 받아왔습니다. 그래핀 산화물(GO)로 알려진 혼성화된 sp2 탄소 원자를 가진 그래핀 시트의 친수성 버전은 유망한 생물의학 응용 분야로 떠올랐습니다7. 독성, 생체 적합성 및 반응 부위가 최소화된 환원된 형태의 산화 그래핀은 세포 활동을 자극하고 뼈 조직의 골 형성 능력을 증가시키는 데 활용될 수 있습니다8,9,10. 스트론튬(Sr)의 정형외과적 치료 특성은 이러한 맥락에서 관심을 불러일으켰습니다. 인간의 경조직은 뼈 광물의 인회석 단계에서 칼슘을 대체할 수 있는 Sr을 축적할 수 있습니다. Sr은 또한 뼈 압축 강도의 증가와 관련이 있는 반면, Sr의 부족은 경조직에 부정적인 결과와 관련이 있습니다. 시험관 내 및 생체 내 연구에서는 Sr 이온이 뼈 형성을 자극하고 뼈 재흡수를 억제하여 골다공증 치료를 위한 잠재적인 물질이 되는 것으로 나타났습니다12. Sr의 특성으로 인해 Sr은 장점13으로 인해 생체 활성 유리 및 바이오세라믹에서 인기 있는 성분이 되었습니다. Sr은 칼슘 이온(Ca2+)과 구조적 및 물리화학적 유사성으로 인해 뼈 리모델링 응용 분야에 사용되었습니다. 예를 들어, 인산칼슘과 티타늄 임플란트에 Sr을 첨가하여 이러한 재료의 뼈 형성 특성을 향상시키는 것이 연구되었습니다. 그래핀 나노시트의 넓은 표면적 때문에 최근 연구자들은 GO와 Sr15의 공동 환원을 통해 그래핀 표면에 SrNP를 합성했습니다. Kumar et al.16에 의해 보고된 rGO 표면의 SrNP에도 불구하고 환원제로서 히드라진이 사용되었습니다. 최근에는 Qi et al. 3D 스캐폴드 제작을 위해 폴리(L-락타이드)(PLLA)에 통합된 히드라진을 사용하여 Sr로 장식된 rGO 나노시트를 합성했습니다. Sr-rGO의 골형성 유도는 rGO 및 순수 PLLA 지지체에 비해 탁월했습니다. 그러나 이러한 연구는 합성 과정에서 히드라진을 사용하여 그래핀 강도와 Sr 골형성 특성을 향상시키는 것이 주요 관심사이기 때문에 뼈 조직 공학을 위한 Sr-rGO 나노시트의 높은 능력을 입증했습니다. 첫째, rGO 나노시트의 수용해도가 크게 감소하여 그래핀 기반 복합재 제조 공정에 어려움이 발생했습니다. 둘째, 히드라진은 실험 중 사용자 건강에 영향을 미치는 독성 시약이었습니다17. 이러한 히드라진의 한계를 극복하기 위해 친환경적이고 안전한 환원제를 도입하기 위한 많은 노력이 이루어져 왔습니다. 예를 들어, 소 혈청 알부민(BSA) 및 아스코르브산과 같은 단백질은 GO3,18,19에 대한 안전한 환원제입니다.