Programmed Sustained Release of Recombinant Human Bone Morphogenetic Protein-2 and Inorganic Ion Composite Hydrogel as Artificial Periosteum

材料科学 骨膜 骨形态发生蛋白2 生物医学工程 骨形态发生蛋白 生物活性玻璃 再生(生物学) 骨愈合 细胞生物学 化学 外科 体外 复合材料 医学 生物化学 生物 基因
作者
Tianwen Xin,Jiannan Mao,Lili Liu,Jincheng Tang,Liang Wu,Xiaohua Yu,Yong Gu,Wenguo Cui,Liang Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (6): 6840-6851 被引量:76
标识
DOI:10.1021/acsami.9b18496
摘要

Recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and bioceramic are the widely used bioactive factors in treatment of bone defects, but these easily cause side effects because of uncontrollable local concentration. In this study, rhBMP-2 was grafted on the surface of mesoporous bioglass nanoparticles (MBGNs) with an amide bond and then photo-cross-linked together with methacrylate gelatin (GelMA); in this way, a GelMA/MBGNs-rhBMP-2 hydrogel membrane was fabricated to release rhBMP-2 in a controllable program during the early bone regeneration period and then release calcium and silicon ions to keep promoting osteogenesis instead of rhBMP-2 in a long term. In this way, rhBMP-2 can keep releasing for 4 weeks and then the ions keep releasing after 4 weeks; this process is matched to early and late osteogenesis procedures. In vitro study demonstrated that the early release of rhBMP-2 can effectively promote local cell osteogenic differentiation in a short period, and then, the inorganic ions can promote cell adhesion not only in the early stage but also keep promoting osteogenic differentiation for a long period. Finally, the GelMA/MBGNs-rhBMP-2 hydrogel shows a superior capacity in long-term osteogenesis and promoting bone tissue regeneration in rat calvarial critical size defect. This GelMA/MBGNs-rhBMP-2 hydrogel demonstrated a promising strategy for the controllable and safer use of bioactive factors such as rhBMP-2 in artificial periosteum to accelerate bone repairing.

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