The effect of nanofiber surface modificationon osteogenic stem cell differentiation

Abstract

Nanofiber (NF) yüzey özelliklerinin optimizasyonu, yeterli hücre yanıtı elde etmek için kritik öneme sahiptir. Bu çalısmada, biyomimetik aspartik (ASP) ve glutamik asit (GLU) peptidlerinin PLGA elektrospun NF üzerine konjügasyonunun, kemik iligi mezankimal kök hücrelerinin (MKH) osteojenik farklılasması üzerinde etkisi degerlendirilmis ve NF yüzeyini fonksiyonel hale getirmek ve böylece konjügasyona aracılık etmek için soguk atmosferik plazma (SAP) kullanılmıstır. Peptit konjügasyonu için kullanılan SAP muamelesinin NF yüzeyine etkisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), temas açısı ölçümleri, Fourier-dönüsümlü kızılötesi spektroskopi (FTIR) ve X-ısını fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanılarak degerlendirilmis ve muamele sonucu yüzeydeki -COOH gruplarının sayısının attıgı saptanmıstır. Sonuçlar, SAP muamelesinin, NF'in yüzeyinde peptit konjügasyonunu önemli ölçüde artırdıgını göstermistir. Osteojenik farklılarsma sonuçları, biyomimetik ASP peptidlerin konjügasyonunun , alkalinfosfataz (ALP) aktivitesini, kalsiyum miktarını ve önemli osteojenik markörler olan kollajen tip I, osteokalsin ve osteopontinin ekspresyonunu, GLU konjüge edilen NF ve NF'e kıyasla arttırdıgını göstermirstir. Ayrıca, ASP dizilerinin, kemik dısı hücre dısı matrisin kolajen olmayan proteinlerinde minerallersmeyi ve osteojenik farklılasmayı etkileyen baslıca fragmanlardan oldugu ileri sürülmüstür.

Optimization of nanofiber (NF) surface properties is critical to achieve an adequate cell response. Here, the impact of conjugation of biomimetic aspartic (ASP) and glutamic acid (GLU) templated peptides with PLGA electrospun NF on osteogenic differentiation of bone marrow stromal cells (BMSCs) was evaluated. Cold atmospheric plasma (CAP) was used to functionalize the NF surface and thus to mediate the conjugation. The influence of the CAP treatment following with peptide conjugation to the NF surface was assessed using scanning electron microscopy (SEM), contact angle measurements, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Both the hydrophilicity of NFs and the number of the -COOH groups on the surface increased with respect to the duration of CAP treatment. Results demonstrated that CAP treatment significantly enhanced peptide conjugation on surfaceof NF. Osteogenic differentiation results indicated that conjugating of biomimetic ASP templated peptides sharply increased alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium content, and expression of key osteogenic markers of collagen type I, osteocalcin, and osteopontin compare to GLU conjugated and neat NF. It was further depicted that ASP sequences are the major fragments that influence mineralization and osteogenic differentiation in non-collagenous proteins of bone extracellular matrix.