Mechanically reinforced injectable bioactive nanocomposite hydrogels for in-situ bone regeneration
Mechanically reinforced injectable bioactive nanocomposite hydrogels for in-situ bone regeneration
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用于原位骨再生的机械增强可注射生物活性纳米复合水凝胶
DOI：
10.1016/j.cej.2021.132799
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发表时间：
2021-10
影响因子：
15.1
通讯作者：
Kaili Lin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xingge Yu;Xiuhui Wang;Dejian Li;Ruilong Sheng;Yifeng Qian;Rui Zhu;Xudong Wang;Kaili Lin
明胶-甲基丙烯酰（GelMA）因其低抗原性、良好的生物降解性和与ECM相似性而在组织工程中受到广泛关注。然而，由于缺乏成骨因子或其他矿物质离子，原位诱导骨再生仍然是一个挑战。在这项研究中，一种新的可注射的有机-无机纳米复合材料GelMA水凝胶系统掺杂锶取代硬硅钙石（Sr-CSH）纳米纤维的开发。Sr-CSH纳米线的引入提高了凝胶的力学性能。此外，GelMA/Sr-CSH水凝胶在体外通过激活ERK/p38信号通路促进细胞粘附、增殖、ALP活性以及成骨基因（BSP、OPN和OCN）和血管生成基因（VEGF、ANG-1和CD 31）的表达。此外，在大鼠颅骨缺损模型中的原位骨再生的体内结果表明，Sr-CSH纳米线的掺入可以明显促进GelMA的新骨形成。综上所述，所制备的可注射型GelMA/Sr-CSH水凝胶体系的有机-无机纳米复合材料在骨缺损区的原位骨再生方面具有很大的潜力。
Gelatin-methacryloyl (GelMA) has received extensive attention in tissue engineering because of its low antigenicity, suitable biodegradability, and similarity to ECM. However, it is still a challenge to induce in-situ bone regeneration for bone defects due to the absence of osteogenic factors or other mineral ions. In this study, a novel injectable organic–inorganic nanocomposite GelMA hydrogel system doped Sr-substituted xonotlite (Sr-CSH) nanofibers was developed. The integration of Sr-CSH nanowires improved the mechanical property of GelMA hydrogels. In addition, GelMA/Sr-CSH hydrogels facilitated cell adhesion, proliferation, ALP activity and the expression of osteogenic genes (BSP, OPN and OCN) and angiogenesis genes (VEGF, ANG-1 and CD31) by activating the ERK/p38 signaling pathwayin vitro. Moreover,in vivoresults of in-situ bone regeneration in rat calvarial defects model demonstrated that the incorporation of Sr-CSH nanowires could apparently accelerate new bone formation of GelMA. Overall, the prepared injectable organic–inorganic nanocomposite of GelMA/Sr-CSH hydrogel system has great potential for in-situ bone regeneration of bone defect area.
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