Полировка и покрытие углерод-углеродных композитов, армированных углеродным волокном, углеродно-титановым слоем повышают адгезию и рост остеобластоподобных клеток MG63 и клеток гладкой мышцы сосудов in vitro

Углерод-углеродные композиты, армированные углеродным волокном (CFRC), считаются перспективными материалами для ортопедической и стоматологической хирургии. Их механические свойства можно адаптировать так, чтобы они были сходны со свойствами костной ткани, а химический состав, близкий к чистому углероду, позволяет предположить хорошую переносимость окружающими тканями. В настоящем исследовании композиты CFRC изготавливали из фенольной смолы и однонаправленно ориентированных углеродных волокон Torayca путем карбонизации (1000 °C) и графитизации (2500 °C). Затем материал распиливали алмазной пилой на пластины размером 8 × 10 × 3 мм, а верхнюю поверхность полировали коллоидным SiO2 и/или покрывали углеродно-титановым (C:Ti) слоем толщиной 3,3 мкм методом плазменно-усиленного физического осаждения из паровой фазы. Были подготовлены три типа модифицированных образцов: только полированные, только покрытые и полированные с последующим нанесением покрытия. Необработанные образцы использовали в качестве контроля. Шероховатость поверхности образцов, измеренная профилометром Talysurf, значительно уменьшалась после полировки, но обычно не изменялась после нанесения слоя C:Ti. На всех трех модифицированных поверхностях человеческие остеобластоподобные клетки линии MG63 и клетки гладкой мышцы сосудов крысы (обе культуры выращивали в модифицированной среде Дульбекко с добавлением 10% эмбриональной бычьей сыворотки) адгезировали в большем количестве (на 21–87% в первый день после посева) и характеризовались меньшим временем удвоения популяции (на 13–40%). На четвертый день после посева эти клетки достигали большей плотности популяции (на 61–378%), объема (на 18–37%) и содержания белка (на 16–120%). Эти эффекты были более выражены у клеток гладкой мышцы сосудов, чем у клеток MG63, а также в обеих группах образцов с покрытием C:Ti по сравнению только с полированными образцами. Высвобождение частиц углерода из композитов CFRC значительно снижалось: в 8 раз в только полированных образцах, в 24 раза в только покрытых образцах и в 42 раза в образцах, подвергнутых полировке с последующим нанесением покрытия. Эти результаты показывают, что как полировка, так и углеродно-титановое покрытие значительно улучшают биосовместимость композитов CFRC.