Fulltext

Characterization and In Vitro evaluation of a novel coated nanocomposite porous 3D scaffold for bone repair

التوصيف والتقييم في المختبر للسقالة الثلاثية الأبعاد المسامية المركبة النانوية الأصيلة والمغلفة لإصلاح العظام

S.M. Ibrahim سحر محمد إبراهيم --- S.K. Mahmood سفانه خضر محمود --- I.S. Razak انتان سميحة بنت عبد الرزاق --- L.M. Yusof لقمان محمد يوسف --- Z.K. Mahmood زيد خضر محمود --- F.I. Gimba فوفا كيمبا --- M.Z. Zakaria محمد زوكي ابو بكر زكريا

Iraqi Journal of Veterinary Sciences المجلة العراقية للعلوم البيطرية
ISSN: 16073894 Year: 2019 Volume: 33 Issue: 1 Pages: 157-173
Publisher: Mosul University جامعة الموصل

Abstract

The aim of this study is to tissue engineer a 3D scaffold that can be used for load bearing segmental bone defects (SBDs) repair. Three different scaffolds were fabricated using cockle shell-derived CaCO3 aragonite nanoparticles (CCAN), gelatin, dextran and dextrin with coated framework via Freeze-Drying Method (FDM) labeled as 5211, 5211GTA+Alginate, 5211PLA. Scaffolds were assessed using Scanning Electron Microscopy (SEM). The cytocompatibility of the organized scaffolds was assessed using cells multiplication and alkaline phosphatase (ALP) concentration via In Vitro cell culture using human Fetal OsteoBlast cells line (hFOB). The results showed a substantial difference in ALP concentrations between the cultures of different scaffolds leachable medium during the study period. The biological evaluation also showed that three scaffolds did enhanced the osteoblast proliferation rate and improved the osteoblast function as demonstrated by the significant increase in ALP concentration. Engineering analyses showed that scaffolds possessed 3D interconnected homogenous porous structure with a porosity ranging 6%-49%, pore sizes ranging 8-345 µm, mechanical strength ranging 20-65 MPa, young’s modulus ranging 166-296 MPa and enzymatic degradation rate between 16%-38% within 2-10 weeks. The in vitro evaluation revealed that the scaffold 5211, 5211GTA+Alginate and 5211PLA fulfill all the main requirements to be considered as an ideal bone replacement.

هدفت هذه الدراسة هو تصميم سقالة نسيجية ثلاثية الأبعاد والتي يمكن استخدامها لإصلاح عيوب قطعية الحاملة للعظام.تم تحضير ثلاثة أنواع مختلفة من السقالات باستخدام جسيمات نانوية أراغونيت من كربونات الكالسيوم المشتقة من القواقع ممزوجة مع الجيلاتين، ديكستران والدكسترين والمغلفة بإطار عبر التجفيف بالتجميد وتم تسميتها 5211 و 5211 GTA+Alginate و 5211PLA. تم تقييم السقالات باستخدام الفحص بالميكروسكوب الإلكتروني وجرى تقييم التوافق الهيولي للسقالات باستخدام معدل تكاثر الخلايا وتركيز الفوسفاتيز القلوية عن طريق زراعة الخلايا العظمية الجنينية البشرية داخلها. أظهرت النتائج وجود اختلاف كبير في تركيز ALP بين أوساط ارتشاحات السقالات المختلفة خلال فترة الدراسة. أظهر التقييم البيولوجي أيضا أن السقالات الثلاثة عززت معدل انتشار الخلايا العظمية وحسنت وظيفة الخلايا بانية العظم من خلال زيادة الكبيرة في تركيز ALP. أظهرت التحليلات الهندسية أن السقالات تمتلك بنية مترابطة متجانسة مسامية ثلاثية الأبعاد بمسامية تتراوح بين 6-49٪، أحجام مسام تتراوح ما بين 8-345 مايكرون، والقوة الميكانيكية تتراوح بين 20-65 ميجا باسكال، معامل يونغ تراوح بين 166-296 ميجا باسكال ومعدل التحلل الأنزيمية بين 16-38 ٪ خلال 2-10 أسابيع. كشف التقييم في المختبر أن السقالات الثلاثة بإمكانها تلبية جميع المتطلبات الرئيسية التي يمكن من خلالها اعتبارها بديلا مثاليا للعظام.

Keywords

Aragonite --- bionanocomposite --- 3D porous scaffold --- hFOB --- Bone repair