Riassunto analitico
In questo lavoro è riportato il risultato di sintesi, caratterizzazione e valutazione in vitro di bioattività e proprietà antiossidanti di vetri fosfosilicatici basati su Bioglass® 45S5 (SiO2 46.1; Na2O 24.4; CaO 26.9; P2O5 2.6 mol%) e vetri silicatici basati su N25C25S50 (SiO2 50.0; Na2O 25.0; CaO 25.0 mol%) dopati durante la fusione con (0-0.5-1.0-2.0-4.0 mol%) di ossido di manganese (MnO). La scelta del manganese è collegata al ruolo essenziale che gioca in diversi processi cellulari coinvolti nel metabolismo di tessuti duri e la potenziale riduzione di stress ossidativo dovuta a processi di infiammazione locale conseguenti a operazioni chirurgiche. La caratterizzazione dei campioni vetrosi ottenuti è stata effettuata attraverso misure di composizione (XRF), di proprietà termiche (DSC, dilatometria), di densità e strutturali (XRD, FT-IR, UV-Vis). Inoltre il ruolo strutturale del manganese nella struttura vetrosa è stato studiato tramite misure in XRD delle fasi cristalline formate in seguito a trattamento termico. I test in vitro di bioattività sono stati eseguiti tramite immersione delle polveri vetrose nelle soluzioni SBF e tampone Tris-HCl e successiva rilevazione di formazione di idrossiapatite (FT-IR, XRD) e rilascio ioni in soluzione (ICP-OES). L’attività antiossidante dei vetri riguardante catalase mimetic activity (CMA) e superoxide dismutase mimetic activity (SOD) è stata studiata tramite test in vitro: i test di CMA sono stati eseguiti tramite immersione della polvere vetrosa in una soluzione di H2O2 (1 mol/L) e successiva rilevazione della concentrazione residua di H2O2 tramite misure titrimetriche e dei cambiamenti dello stato di ossidazione del manganese tramite misure (UV-Vis) sulle polveri filtrate. I test di SOD sono stati eseguiti sulle polveri vetrose utilizzando un Sigma-Aldrich 19160 SOD determination kit. I risultati mostrano che il manganese è stato incorporato con successo nella struttura amorfa di entrambi i vetri fosfosilicatici e silicatici, con una parziale ossidazione di ioni Mn2+ a ioni Mn3+ che si verifica durante il processo di sintesi. Le caratterizzazioni strutturali mostrano un alto rapporto molare Mn2+/Mn3+ per tutti i vetri, col manganese che agisce da ione modificatore nel network vetroso. La bioattività diminuisce all’aumentare del contenuto di Mn in entrambe le serie vetrose fosfosilicatiche e silicatiche; infatti i vetri con >1% di MnO in composizione non sono stati in grado di promuovere formazione di idrossiapatite sulla superficie del materiale. Al contrario, l’attività antiossidante migliora con l’aumento del contenuto di Mn.
|
Abstract
The result of synthesis, characterization and evaluation of in vitro bioactivity and antioxidant
properties of phospho-silicate glasses based on Bioglass® 45S5 (SiO2 46.1; Na2O 24.4; CaO 26.9;
P2O5 2.6 mol%) and silicate glasses based on N25C25S50 (SiO2 50.0; Na2O 25.0; CaO 25.0 mol%)
doped during melting with (0-0.5-1.0-2.0-4.0 mol%) of manganese oxide (MnO), is reported. The
choice of manganese relates to the essential role it plays in several cellular processes involved in
the metabolism of hard tissues and the potential reduction of oxidative stress due to local
inflammation processes subsequent to surgical operations. The characterization of as-quenched
glass samples was performed by analysis of composition (XRF), thermal properties (DSC,
dilatometry), density and structural properties (XRD, FT-IR, UV-Vis). The structural role of
manganese in glass structure was investigated also by XRD analysis of crystalline phases formed
by heat treatment. In vitro bioactivity tests were performed by soaking glass powders in SBF and
Tris-HCl buffer solutions, with subsequent detection of hydroxyapatite formation (FT-IR, XRD)
and ions release in solution (ICP-OES). Antioxidant activity of glasses concerning catalase
mimetic activity (CMA) and superoxide dismutase mimetic activity (SOD) was studied by in vitro
tests: CMA tests were performed by immersion of glass powders in H2O2 solution (1 mol/L) and
subsequent detection of H2O2 residual concentration by titrimetric measurements; manganese
oxidation state changes were investigated by UV-Vis measurements on filtered powders. SOD
tests were performed on glass powders using a Sigma-Aldrich 19160 SOD determination kit. The
results show that manganese has been successfully incorporated in the amorphous structure of both
phospho-silicate and silicate glasses, with a partial oxidation of Mn2+ to Mn3+ ions that occurs
during the synthesis process. The structural characterizations show a high Mn2+/Mn3+ molar ratio
for all glasses, with manganese acting as modifier ion in the glass network. The bioactivity
decreases with increasing Mn content in both phospho-silicate and silicate glass series; in fact, the
glasses with >1% of MnO in the composition were not able to promote the hydroxyapatite
formation on the material surface. On the other hand, antioxidant enzymatic mimetic activity was
enhanced by increasing Mn content.
|