Degradation and In Vivo Response of Hydroxyapatite-Coated Mg Alloy

Abstract

Nowadays there is a need for new generation of biodegradable implants, which should be able to stimulate the healing responses of injured tissues at the molecular level. Magnesium alloys attract great attention as perspective bone implants due to their biocompatibility, physical properties and ability to degrade completely under physiological conditions. The main purpose of this research was assessment of in vitro corrosion and surface morphology after short term in vivo implantation of Mg based implant covered by hydroxyapatite (HA). Mg alloys with the addition of Zr (0.65%), Al (1.85%) and Nd (1.25%) were used. In our work, we propose dipping method for hydroxyapatite coatings formation which has been shown to reduce the corrosion rate of magnesium implants in vivo. Simulated body fluid (SBF; pH 7.4) with ion concentrations approximately equal to those ofhuman blood plasma resembling physiological conditions and citrate buffer with pH 5—simulating inflammation were selected as modelling environments for in vitro degradation test. The rod samples were implanted into the tibia bone of rats and after 1 day and 5 days of implantation were taken out to observe cells adhesion on surface samples. SEM was used to assess surface morphology after in vitro and in vivo tests. SBF solution causes some cracks on the surface of HA coatings, while citrate solution at pH 2 caused complete dissolving of the coating. The HA coating favoured cell adhesion and rapid fibrous tissue formation. Сьогодні існує потреба в новому поколінні біорозкладаних імплантатів, які повинні бути здатними стимулювати відновлювальні реакції пошкоджених тканин на молекулярному рівні. Велику увагу магнієві сплави привертають в ролі перспективних кісткових імплантатів завдяки їх біосумісності, фізичним властивостям і здатності повністю розкладатись у фізіологічних умовах. Основною метою цього дослідження була оцінка in vitro корозії та морфології поверхні після короткочасної імплантації in vivo імплантату на основі Mg, покритого гідроксиапатитом (ГА). Використовували Mg-сплави з додаванням Zr (0,65%), Al (1,85%) і Nd (1,25%). У нашій роботі ми пропонуємо спосіб занурення у формування покриттів гідроксиапатитом, який, як було показано, знижує швидкість корозії магнієвих імплантатів in vivo. Імітаційну рідину тіла (SBF; рН 7,4) з концентраціями іонів, приблизно рівними концентраціям у плазмі крові людини, що нагадує фізіологічні умови, і цитратному буфері з рН 5 - для моделювання деградації in vitro були обрані моделі для запалення. Зразки стрижнів імплантували в кістку великогомілкової кістки щурів і через 1 день і 5 днів імплантації витягували для спостереження прилипання клітин на поверхневих зразках. SEM використовували для оцінки морфології поверхні після тестів in vitro та in vivo. Розчин SBF викликає деякі тріщини на поверхні покриттів HA, тоді як розчин цитрату при рН 2 викликає повне розчинення покриття. Покриття HA сприяло клітинній адгезії та швидкому формуванню фіброзної тканини.