ساخت و تعیین ویژگی داربست های کامپوزیت زیست فعال شیشه در شرایط in vitro برای بازسازی استخوان

در اینجا ما داربست های کامپوزیت زیست فعال را برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان ساخته و تعیین ویژگی می کنیم. 45S5 Bioglass® (45S5)  و یا شیشه زیست فعال جایگزین شده با استرانسیوم ( SrBG ) در پلی کاپرولاکتون (PCL ) گنجانیده شده و با استفاده از فن آوری ساخت افزایشی به صورت داربست کامپوزیت زیست فعال سه بعدی ساخته شد . ما نشان می دهیم که داربست های کامپوزیت ( PCL/45S5 و PCL / SrBG ) را می توان بصورت تجدیدپذیر با مورفولوژی داربست، بسیار شبیه به داربست های PCL تولید کرد. علاوه براین، آنالیز micro-CT نشان می دهد ذرات BG بطوریکنواخت در سراسر داربست توزیع شده اند. داده های مکانیکی نشان داد که درداربست های کامپوزیت PCL/45S5 و PCL / SrBG  ضریب فشاری Young در مقایسه با داربست PCL با تخلخل مشابه ( 75٪ ) بالاتراست. پس از 1 روز در شرایط شتاب تخریب با استفاده از سود 5 مولار ، PCL / SrBG ، PCL/45S5 و PCL به ترتیب 3.8 ±48.6 ٪ ، 1٪ ±12.1  و  1 ٪ ± 1.6از توده اصلی خود را از دست دادند. مطالعات in vitro با استفاده از سلول های MC3T3 تحت شرایط نرمال و القاء استخوان انجام شد. تمامی داربست ها غیرسیتوتوکسیک بوده و از اتصال و تکثیر سلولی پشتیبانی کردند . همچنین نتایج ما نشان می دهد که گنجاندن شیشه زیست فعال (BG) سبب پیشبرد رسوب فسفات کلسیم در سطوح داربست شده که منجر به تمایز سلولی و معدنی شدن زودتر ماتریکس در مقایسه با داربست های PCL  می شود. با این حال ، بررسی فعالیت آلکالن فسفاتاز نشان داد که تفاوت قابل توجهی در تمایز به استئوبلاست ها بین داربست های PCL/45S5 و PCL / SrBG وجود ندارد. این نتایج نشان می دهد که داربست های کامپوزیت PCL/45S5 و PCL / SrBG پتانسیل ایجاد نسل بعدی داربست های تولید کننده استخوان را دارا هستند.

Biofabrication. 2013 Nov 6;5(4):045005. [Epub ahead of print]

Fabrication and in vitro characterization of bioactive glass bioactive glass  for bone regeneration.

Poh PS, Hutmacher DW, Stevens MM, Woodruff MA.

Source

Institute of Health and Biomedical Innovation, Queensland University of Technology, 60 Musk Avenue, Kelvin Grove, 4059 Brisbane, Australia.

Abstract

Here we fabricate and characterize bioactive composite scaffolds for bone tissue engineering applications. 45S5 Bioglass® (45S5) or strontium-substituted bioactive glass (SrBG) were incorporated into polycaprolactone (PCL) and fabricated into 3D bioactive composite scaffolds utilizing additive manufacturing technology. We show that composite scaffolds (PCL/45S5 and PCL/SrBG) can be reproducibly manufactured with a scaffold morphology highly resembling that of PCL scaffolds. Additionally, micro-CT analysis reveals BG particles were homogeneously distributed throughout the scaffolds. Mechanical data suggested that PCL/45S5 and PCL/SrBG composite scaffolds have higher compressive Young's modulus compared to PCL scaffolds at similar porosity (∼75%). After 1 day in accelerated degradation conditions using 5M NaOH, PCL/SrBG, PCL/45S5 and PCL lost 48.6 ± 3.8%, 12.1 ± 1% and 1.6 ± 1% of the original mass, respectively. In vitro studies were conducted using MC3T3 cells under normal and osteogenic conditions. All scaffolds were shown to be non-cytotoxic, and supported cell attachment and proliferation. Our results also indicate that the inclusion of bioactive glass (BG) promotes precipitation of calcium phosphate on the scaffold surfaces which leads to earlier cell differentiation and matrix mineralization when compared to PCL scaffolds. However, as indicated by alkaline phosphatase activity, no significant difference in osteoblast differentiation was found between PCL/45S5 and PCL/SrBG scaffolds. These results suggest that PCL/45S5 and PCL/SrBG composite scaffolds show potential as next generation bone scaffolds.

PMID: 24192136