Effect of surgical sutures containing calcium, zinc and magnesium on viability of selected tumor and normal cells.

Biomateriały stanowią istotną pomoc w poprawie zdrowia i jakości życia ludzi, a postęp w medycynie jest niejednokrotnie uzależniony od rozwoju nowych rodzajów technologii. Biodegradowalne metalowe szwy, ulegające rozpuszczeniu w ciągu kilku tygodni, są szeroko poszukiwane do zszywania ran i nacięć chirurgicznych, ze względu na dużą wytrzymałość mechaniczną, również świetną osteointegracje. Zainteresowanie nimi w ortopedii czy stomatologii wzbudza ich zdolność do uwalniania pierwiastków w procesie degradacji, które mogą wspomagać proces odbudowy kości. Magnez spełnia wymagania bioaktywności bez kompromisów w zakresie wytrzymałości materiałów zawierających go w składzie, a biodegradacja związków magnezu w organizmie jest dobrze poznana. W pracy tej zbadano wpływ ekstraktów otrzymanych z innowacyjnych, biodegradowalnych nici chirurgicznych, wykonanych z dwuskładnikowych stopów zawierających głównie magnez, a także cynk i wapń, na żywotność w hodowlach komórek linii nowotworowych i prawidłowych. Testowano dwa rodzaje stopów: ZnMg i MgCa, różniące się miedzy sobą procentową zawartością pierwiastków składowych oraz procesem obróbki technologicznej. Wykorzystano dwie linie ludzkich komórek prawidłowych, komórki macierzyste więzadła przyzębia (PDLSC, ang. periodontal ligament stem cel) i komórki macierzyste miazgi zęba (hDPSC, ang. human dental pulp stem cells), jedną linie ludzkiego kostniakomięsaka (Saos-2, ang. human osteosarcoma cell line) oraz jedną linie osteoblastów mysich (MC3T3-E1). Nici przechodziły proces sterylizacji, a następnie były poddawane pre-inkubacji (72 godziny) w dedykowanym medium hodowlanym zawierającym MEM Alpha i 10% surowicy bydlęcej. Komórki traktowane były ekstraktami w stężeniach 100, 50 i 25%, pochodzącymi z inkubacji nici w standardowej pożywce hodowlanej. Traktowanie komórek ekstraktami przeprowadzano przez 24 godziny w hodowlach komórek doprowadzonych wcześniej do pełnej konfluencji, w standardowych warunkach hodowli. Następnie wykonywano test TMS umożliwiający pomiar żywotności komórek. Ekstrakty znacznie obniżały żywotność komórek nowotworowych, natomiast w przypadku komórek prawidłowych efekt był zależny od wcześniejszej preparacji, rodzaju stopu i jego pierwiastków składowych oraz obróbki technologicznej. Wykazano, że pre-inkubacja nici w dedykowanym medium hodowlanym, wpływa pozytywnie na przeżywalność komórek prawidłowych. Efekt ten najsilniej był widoczny dla trzech stopów ZnMg testowanych w komórkach hDPSC, gdzie po zastosowaniu pre-inkubacji osiągnięto 70% przeżywalności komórek, co spełniało standard ISO. Największą przeżywalność komórek obserwowano dla stopu ZnMg0,0026. Wykazano również, że proces obróbki technologicznej materiałów ma większy wpływ na przeżywalność komórek, niż stężenie ekstraktów. Pięć spośród badanych materiałów, spełniało warunki dopuszczalnej cytotoksyczności (<30%), dzięki czemu materiały te mogą być traktowane jako potencjalni kandydaci na biodegradowalne nici chirurgiczne w testach in vivo.

Biomaterials are an important aid in improving people's health and quality of life, and medical progress is often dependent on the development of new types of technology. Biodegradable metal sutures, which dissolve within a few weeks, are widely sought after for suturing wounds and surgical incisions due to their high mechanical strength and excellent osteointegration. They are also of interest in orthopaedics and dentistry due to their ability to release elements during the degradation process, which can support the bone reconstruction process. Magnesium meets the requirements of bioactivity without compromising on the strength of materials containing it, and the biodegradation of magnesium compounds in the body is well understood. In this study, we investigated the effect of extracts obtained from innovative biodegradable surgical sutures made of binary alloys containing mainly magnesium, but also zinc and calcium, on viability in cell cultures of cancerous and normal lines. Two types of alloys were tested: ZnMg and MgCa, differing in the percentage content of the constituent elements and the technological processing. Two human normal cell lines, periodontal ligament stem cells (PDLSC) and dental pulp stem cells (hDPSC), one human osteosarcoma cell line (Saos-2) and one mouse osteoblast line (MC3T3-E1), were used. The strands underwent sterilisation and were then pre-incubated (72 hours) in dedicated culture medium containing MEM Alpha and 10% bovine serum. Cells were treated with extracts at concentrations of 100, 50 and 25%, derived from incubation of the strands in standard culture medium. Treatment of cells with extracts was carried out for 24 hours in cell cultures previously brought to full confluence, under standard culture conditions. A TMS assay was then performed to measure cell viability. The extracts significantly reduced the viability of tumour cells, whereas for normal cells the effect was dependent on the prior preparation, the type of alloy and its constituent elements and the technological treatment. Pre-incubation of the strands in dedicated culture medium was shown to have a positive effect on the survival of normal cells. This effect was most pronounced for three ZnMg alloys tested in hDPSC cells, where after pre-incubation 70% cell survival was achieved, which met the ISO standard. The highest cell survival rate was observed for the ZnMg0.0026 alloy. It was also shown that the processing of the materials had a greater effect on cell survival than the concentration of the extracts. Five of the tested materials met the conditions of acceptable cytotoxicity (<30%), so these materials can be considered as potential candidates for biodegradable surgical threads in in vivo tests.