Biodegredable Mg and Mg alloys: Tailoring the degradation rate and biocompatibility by surface modifications

可生物降解的镁和镁合金:通过表面改性定制降解速率和生物相容性

基本信息

项目摘要

The aim of the present proposal is to systematically explore and tailor the biocompatibility and degradation rate of magnesium (Mg) in an aequeous, physiologic environment. The corrosion rate of pure Mg under such conditions is prohibitively high for cell adhesion and growth. Traditionally, this problem has been tackled by designing more stable Mg alloys. As an alternative strategy, we propose here to passivate the Mg or Mg alloy surface so that cells have a chance adhere and form a cell layer that protects against further rapid corrosion. Preliminary results demonstrate the feasibility of this strategy. Surface modifications include passivation, anodization and biofunctionalization approaches to optimize surface chemistry, reactivity, morphology, and wettability for improved cell adhesion, survival and differentiation. We will then go on to explore the influence of the cell culture medium, buffer composition, protein coating and the presence of a cell layer on the corrosion processes of Mg. Cell experiments are guided by a mechanistic, “frustrated adhesion” hypothesis. Accordingly, cell behavior on mechanically stiff but corroding surfaces is governed by the same principles that govern cell behavior on soft matrices. The project will be carried out in collaboration between a research group specialized in corrosion, electrochemistry, and surface science, and a research group specialized in cell/materialsinteractions.
本研究的目的是系统地探索和调整镁(Mg)在水生理环境中的生物相容性和降解率。在这种条件下,纯Mg的腐蚀速率对于细胞的粘附和生长是非常高的。传统上,这个问题已经通过设计更稳定的镁合金来解决。作为一种替代策略,我们在这里建议钝化镁或镁合金表面,使细胞有机会粘附并形成细胞层,以防止进一步的快速腐蚀。初步结果证明了该策略的可行性。表面修饰包括钝化、阳极化和生物功能化方法,以优化表面化学、反应性、形态和润湿性,以改善细胞粘附、存活和分化。然后,我们将继续探索细胞培养基、缓冲成分、蛋白质涂层和细胞层的存在对Mg腐蚀过程的影响。细胞实验是由一种机械的“粘附失败”假说指导的。因此,在机械坚硬但有腐蚀的表面上,细胞的行为受到控制软基质上细胞行为的相同原则的支配。该项目将由一个专门研究腐蚀、电化学和表面科学的研究小组和一个专门研究细胞/材料相互作用的研究小组合作进行。

项目成果

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Protective layer formation on magnesium in cell culture medium.
Protein interactions with corroding metal surfaces: comparison of Mg and Fe.
  • DOI:
    10.1039/c4fd00253a
  • 发表时间:
    2015-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Victoria Wagener;Anne-Sophie Faltz;M. Killian;P. Schmuki;S. Virtanen
  • 通讯作者:
    Victoria Wagener;Anne-Sophie Faltz;M. Killian;P. Schmuki;S. Virtanen
Cell Adhesion on Surface-Functionalized Magnesium.
  • DOI:
    10.1021/acsami.6b01747
  • 发表时间:
    2016-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Victoria Wagener;A. Schilling;A. Mainka;D. Hennig;Richard C. Gerum;Marie-Luise Kelch;S. Keim;
  • 通讯作者:
    Victoria Wagener;A. Schilling;A. Mainka;D. Hennig;Richard C. Gerum;Marie-Luise Kelch;S. Keim;
Albumin coating on magnesium via linker molecules--comparing different coating mechanisms.
白蛋白通过连接分子涂覆在镁上——比较不同的涂覆机制
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfb.2012.10.060
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    V. Wagener;M.S. Killian;C.M. Turhan;S. Virtanen
  • 通讯作者:
    S. Virtanen
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