In silico and in vivo studies of the effect of surface curvature on the osteoconduction of porous scaffolds

曲率 体内 多孔性 材料科学 生物信息学 曲面(拓扑) 纳米技术 生物物理学 化学工程 化学 复合材料 生物 几何学 数学 工程类 生物化学 生物技术 基因
作者
Yun Zhang,Peng Wang,Jiyong Jin,Lan Li,Siyuan He,Ping Zhou,Qing Jiang,Cuié Wen
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:119 (2): 591-604 被引量:15
标识
DOI:10.1002/bit.27976
摘要

Abstract Recent evidence shows that the curvature of porous scaffold plays a significant role in guiding tissue regeneration. However, the underlying mechanism remains controversial to date. In this study, we developed an in silico model to simulate the effect of surface curvature on the osteoconduction of scaffold implants, which comprises the primary aspects of bone regeneration. Selective laser melting was used to manufacture a titanium scaffold with channels representative of different strut curvatures for in vivo assessment. The titanium scaffold was implanted in the femur condyles of rabbits to validate the mathematical model. Simulation results suggest that the curvature affected the distribution of growth factors and subsequently induced the migration of osteoblast lineage cells and bone deposition to the locations with higher curvature. The predictions of the mathematical model are in good agreement with the in vivo assessment results, in which newly formed bone first appeared adjacent to the vertices of the major axes in elliptical channels. The mechanism of curvature‐guided osteoconduction may provide a guide for the design optimization of scaffold implants to achieve enhanced bone ingrowth.
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