Osteointegrazione migliorata dell’interfaccia bioattiva supramolecolare tridimensionale attraverso la regolazione del microambiente osteoporotico

Cina: stampa 3D di interfacce bioattive supramolecolari per il trattamento dell’osteoporosi

Ricercatori cinesi stanno esplorando i modi per trattare i pazienti con osteoporosi, rilasciando i risultati del loro recente studio su ” Osteointegrazione migliorata dell’interfaccia bioattiva supramolecolare tridimensionale attraverso la regolazione del microambiente osteoporotico “.

Mentre i ricercatori continuano a studiare una varietà di modi per utilizzare le impalcature nell’ingegneria dei tessuti, dai nuovi metodi ai nuovi materiali che offrono ricrescita e rigenerazione , per questo studio gli scienziati si sono concentrati sulla progettazione di un’interfaccia protesica superficiale per risolvere problemi con complicanze dovute all’osteoporosi.

Tale protesi ha il potenziale per risolvere alcuni dei problemi più gravi affrontati dopo l’intervento chirurgico di sostituzione dell’articolazione, includendo lo spostamento, l’allentamento e la frattura dell’interfaccia della protesi. La lega di titanio è comunemente usata per impianti ortopedici a causa della resistenza alla corrosione e della resistenza complessiva; tuttavia, gli autori notano che gli ostacoli sono presenti nel suo uso a causa dell’elevata rigidità, spesso con conseguente osteolisi (riassorbimento patologico della matrice ossea).

Mentre le impalcature in lega di titanio poroso (pTi) stampate in 3D offrono una serie di vantaggi, vi è il potenziale di fallimento dovuto alla minore integrazione nell’osso. Per superare tali problemi, il team di ricerca ha sperimentato l’iniezione di idrogel supramolecolare, con BMSC e BMP-2 a doppio carico, nei pori interni della stampa 3D di scaffalature metalliche porose.

Ti riempito con BMSC e BMP-2 idrogel supramolecolari a doppio carico come scaffold compositi bioattivi per migliorare l’osteointegrazione dei difetti ossei osteoporotici. BMP-2 può promuovere la differenziazione osteogena di BMSC esogeni e BMSC endogeni. Con il degrado dell’idrogel, il tessuto osseo cresce nei pori dell’impalcatura pTi, ottenendo così una buona osteointegrazione.

La polvere di Ti6Al4V di grado medico pre-legato sferico è stata utilizzata per realizzare i ponteggi tramite stampa 3D EBM:

“I ponteggi a forma di disco (Ø10 mm × L3 mm) sono stati utilizzati per la biocompatibilità microstrutturale e cellulare e i test osteogenici in vitro (piastre di titanio senza porosità sono state stampate per gli esperimenti su cellule in vitro del gruppo di controllo) e i ponteggi a forma di colonna (Ø6 mm × L10 mm) sono stati utilizzati per i test meccanici e le indagini in vivo sull’osteointegrazione. “

“In breve, l’idrogel è stato preparato mediante reticolazione in situ di N-chitosano e ADH con HA-ALD; Il 7,5% di N-chitosano (p / v) e il 7,5% di ADH (p / v) sono stati sciolti in acqua deionizzata. Successivamente, alla miscela di cui sopra sono state aggiunte soluzioni di HA-ALD al 5% (p / v). Per la formazione di idrogel mediante legami di imina e acilidrazone, la soluzione è stata agitata usando Lab Dancer per ottenere un idrogel omogeneo. “

I ricercatori hanno quindi eseguito una caratterizzazione topografica dell’interfaccia bioattiva, caratterizzazione meccanica dell’interfaccia bioattiva, analisi di degradazione e biocompatibilità in vivo e altre morfologie ed esami.

(A) L’interfaccia bioattiva costruita da BMSC e idrogel caricato con BMP-2 ha riempito il pTi in una piastra di coltura cellulare; (B) Immagine ottica rappresentativa e immagine micro-CT 3D di pTi; (C) Idrogel misto e gelazione; Immagini SEM di (D) pTi, (E) supramolecolare idrogel e (F) pTi riempite con idrogel.

La porosità era in ordine con il progetto iniziale, al 70,5 ± 0,9%, con la trasformazione sol-to-gel e il meccanismo “attribuito all’acilidrazone e ai legami imminici”. Sono state acquisite immagini SEM, insieme all’analisi dell’immagine J, che mostravano dimensioni dei pori dell’impalcatura pTi a 793,4 ± 16,9 μm.

“Pertanto, la porosità e le dimensioni dei pori dell’impalcatura di pTi in questo studio erano adatte per l’ingegneria del tessuto osseo. L’aumento della superficie e della porosità delle impalcature potrebbe migliorare la stabilità iniziale dell’impianto, la capacità di crescita ossea e il coefficiente di attrito tra l’osso e le impalcature, riducendo così la micromotion e promuovendo l’osteointegrazione dopo l’impianto in vivo “, hanno affermato i ricercatori.

(A) colorazione Calcein AM / PI di cellule vive (verde) e cellule morte (rosse) e imaging fluorescente con colorazione rodamina-DAPI di gruppi Con, S, SG e SGB; (B) Analisi quantitativa del tasso di sopravvivenza cellulare mediante colorazione AM / PI di Calcein; (C) Proliferazione cellulare all’interno dei diversi scaffold a 1, 7 e 14 d (* p <0,05, ** p <0,01).

L’idrogel è stato degradato entro un mese, lasciando il team di ricerca a notare che non vi era alcuna infiammazione significativa e che era disponibile spazio per la crescita ossea all’interno della pTi.

“Questo sistema composito ha dimostrato di possedere una buona biocompatibilità, ha assicurato il rilascio prolungato di BMP-2 bioattivo ed è stato utile per la differenziazione osteogena dei BMSC. Come terapia sinergica, i BMSC e l’idrogel a doppio carico BMP-2 potrebbero indurre la crescita ossea e promuovere l’osteointegrazione del titanio microporoso nei difetti ossei osteoporotici “, hanno concluso i ricercatori.

“Questi risultati hanno suggerito che questa interfaccia bioattiva era un candidato potenzialmente promettente per lo sviluppo dell’interfaccia protesi artificiale per vari pazienti con deficienza di osteogenesi, come l’osteoporosi e l’artrite reumatoide.”

Valutazione della differenziazione osteogena della semina di BMSC nei gruppi Con, S, SG e SGB. (A) Immagini di diversi campioni dopo la colorazione con rosso alizarina S; (B) Analisi statistica dell’analisi semiquantitativa della colorazione rosso alizarina; (C – F) Le espressioni di geni correlati agli osteogenici, come ALP, RUNX-2, OCN e COL-1 (* p <0,05, ** p <0,01).

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