Effect of RGD peptide coating of implant titanium surface on human mesenchymal stem cell response

Abstract

연구 목적: 양극 산화 티타늄 임플란트의 표면에RGD펩타이드를 화학적 고정 및 물리적 흡착 방법을 통해 코팅하고, 이러한 코팅방법에 따른 표면 변화와 펩타이드의 코팅여부, 인간간엽줄기세포 배양시의 부착, 증식, 분화를 비교하여, 펩타이드를 임플란트 표면에 코팅시키는 방법과 세포의 반응 간의 관계를 분석하고자 하였다. 연구 재료 및 방법: 직경 12.0 mm, 두께 3.0 mm의 양극 산화 티타늄 디스크 상에, 대조군은 아무런 코팅을 시행하지 않았으며, 실험군은 표면에 형광 물질이 고정되어 있는 RGD펩타이드를 화학적 고정 방법과 물리적 흡착 방법으로 코팅시켰다. 펩타이드 코팅 이후의 표면 변화를 살펴보기 위해 주사전자현미경관찰, 형광현미경 관찰, X-ray Photoelectron Spectrometry (XPS) 분석을 시행하였다. 세포 부착 정도와 형태의 변화 및 증식 정도를 평가하였다. 분화의 정도를 살펴보기 위해, 정량중합효소연쇄반응, alkaline phosphatase activity assay, alizarin red assay를 이용하여 각각 분석하였다. 통계 분석은 SPSS (ver. 17.0, SPSS, IL, USA)프로그램을 이용하여 Kruskal-Wallis test로 유의성을 검증하였고, 사후 검정은 Bonferroni test를 시행하였다(P=.05). 결과: 형광 현미경, XPS 분석 결과, 두 가지 코팅 방법에서 모두 펩타이드의 코팅이 확인되었으며, 물리적 흡착 방법이 화학적 고정 방법보다 더 많은 양의 펩타이드를 코팅시킬 수 있었다. 코팅 방법의 차이에 따른 세포의 초기 부착 정도와 형태 변화, 증식의 정도에는 유의할만한 차이가 나타나지 않았다(P>.05). 세포의 분화 정도는 물리적 흡착 실험군에서 대조군과 화학적 흡착 실험군에서보다 collagen type I과 osteocalcin, osteopontin의 양이 증가되었으며, ALP activity가 유의하게 증가되었다(P 【Purpose: The aim of this in vitro study was to estimate surface characteristic after peptide coating and investigate biological response of human mesenchymal stem cell to anodized titanium discs coated with RGD peptide by physical adhesion and chemical fixation. Materials and methods: Fluorescence isothiocyanate (FITC) modified RGD-peptide was coated on the anodized titanium discs (diameter 12 mm, height 3 mm) using two methods. One was physical adhesion method and the other was chemical fixation method. Physical adhesion was performed by dip and dry procedure, chemical fixation was performed by covalent bond via silanization. In this study, human mesenchymal stem cell was used for experiments. The experiments consisted of surface characteristic evaluation after peptide coating, analysis about cell adhesion, proliferation, differentiation, and mineralization. Obtained data are statistically treated using Kruskal-Wallis test and Bonferroni test was performed as post hoc test (P=.05). Results: The evaluation of FE-SEM images revealed no diffenrence at micro-surfaces between each groups. Total coating dose was higher at physical adhesion experimental group than at chemical fixation experimental group. In cell adhesion and proliferation, RGD peptide coating did not show a statistical significance compared with control group (P>.05). In cell differentiation and mineralization, physical adhesion method displayed significantly increased levels compared with control group and chemical fixation method (P】