Úvod: Polymery představují materiály vhodné pro náhrady subchondrálních defektů. Cílem této práce bylo zhodnotit vliv povrchové modifikace cykloolefinového kopolymeru (COC) a COC-blendu kolagenem typu II na viabilitu a genovou expresi chondrocytů. Materiál a metody: Humánní chondrocyty byly pěstovány v kultivačním médiu na povrchu biomateriálů COC a COC-blend. Polovina materiálů měla plazmaticky modifikovaný povrch atomy dusíku a kyslíku pro vazbu kolagenu typu II. Genová exprese matrixových metaloproteináz (MMP-1,-3,-13), prozánětlivých cytokinů (IL-1, TNF-?) a apoptotických molekul (BAX, Bcl-2) byla hodnocena pomocí kvantitativní Taq-Man PCR po 48 hodinách inkubace. Viabilita chondrocytů byla hodnocena MTT testem po 2, 4 a 8 dnech inkubace. Syntéza MMPs byla měřena pomocí ELISA eseje v buněčném médiu po 48 hodinách inkubace. Výsledky: Chondrocyty pěstované na plazmaticky modifikovaném povrchu kopolymerů kolagenem typu II vykazovaly průměrně až 2,8násobně vyšší expresi mRNA IL-1 a 8,2násobně vyšší expresi mRNA MMP-1. Všechny testované MMPs byly zvýšeně produkované do buněčného média chondrocyty pěstovanými na plazmaticky modifikovaném povrchu polymerů. Nemodifikované COC a COC-blend polymery naopak expresi mRNA MMPs snižovaly. Modifikované materiály oproti nemodifikovaným polymerům snižovaly v závislosti na délce expozice viabilitu chonodrocytů. Genová exprese TNF-? a apoptotických molekul chondrocyty se významně mezi testovanými materiály nelišila. Závěr: Cykloolefinové kopolymery COC a COC-blend mohou představovat vhodné materiály pro tkáňové inženýrství, ale jejich plazmatická modifikace může, alespoň v podmínkách „in vitro“, snižovat viabilitu chondrocytů a indukovat jejich pro-destruktivní potenciál. Výhody nebo nevýhody plazmatické modifikace materiálů pro náhrady osteochondrálních defektů ukáží až další studie.

Introduction: Polymers represent materials suitable for replacement of subchondral defects. The aim of this study was to evaluate the impact of superficial modification of cycloolefin copolymer (COC) and COC blend with collagen type II on the viability and gene expression of chondrocytes. Material and methods: Human chondrocytes were grown in cell culture medium on the surface of COC and COC blend biomaterials. The surface of a half of the materials was plasmatically modified by atoms of nitrogen and oxygen for bond of collagen type II. The gene expression of matrix metalloproteinases (MMP-1,-3,-13), proinflammatory cytokines (IL-1, TNF-alfa) and apoptotic molecules (BAX, Bcl-2) was evaluated by quantitative Taq-Man PCR after 48 hours of incubation. Viability of chondrocytes was evaluated by MTT test after 2, 4, and 8 days of incubation. The synthesis of MMPs was measured by ELISA in cell medium after 48 hours of incubation. Results: Chondrocytes cultured on the surface of copolymers plasmatically modified had an average mRNA expression 2.8-fold increased for IL-1 and 8.2-fold increased for MMP-1. All of tested MMPs were increasingly produced into cell medium by chondrocytes cultured on the plasmatically modified surface of expression of MMPs mRNA. Modified materials, compared to unmodified polymers, decreased viability of chondrocytes according to the length of exposition. The gene expression of TNF-? and apoptotic molecules by chondrocytes did not differ among tested materials. Conclusion: Cycloolefin copolymers COC and COC blend can represent suitable materials for tissue engineering, but their plasmatic modification can, at least in „in vitro“ conditions, decrease viability of chondrocytes and induce their pro-destructive potential. The advantages and disadvantages of the plasmatic modification of materials for replacement of osteochondral defects may be unveiled by further studies.

Revmatologický ústav Praha

Impact of modification of implants for replacement of osteochondral defects on the gene expression of chondrocytes

Lit.: 16