Dual Mg-Reinforced PCL Membrane with a Janus Structure for Vascularized Bone Regeneration and Bacterial Elimination

材料科学 静电纺丝 极限抗拉强度 生物医学工程 生物物理学 复合数 复合材料 化学 聚合物 生物化学 医学 生物
作者
Xianli Wang,Peiqi Shen,Nannan Gu,Yi Shao,Mengmeng Lu,Chunbo Tang,Cheng Wang,Chenglin Chu,Feng Xue,Jing Bai
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (1): 537-549 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.3c01360
摘要

Commercially available guided bone regeneration (GBR) membranes often exhibit limited mechanical properties or bioactivity, leading to poor performance in repairing bone defects. To surmount this limitation, we developed a Janus structural composite membrane (Mg-MgO/PCL) reinforced by dual Mg (Mg sheets and MgO NPs) by using a combined processing technique involving casting and electrospinning. Results showed that the addition of Mg sheets and MgO NPs enhanced the mechanical properties of the composite membrane for osteogenic space maintenance, specifically tensile strength (from 10.2 ± 1.2 to 50.3 ± 4.5 MPa) and compression force (from 0 to 0.94 ± 0.09 N mm-1), through Mg sheet reinforcement and improved crystallization. The dense cast side of the Janus structure membrane displayed better fibroblast barrier capacity than a single fiber structure; meanwhile, the PCL matrix protected the Mg sheet from severe corrosion due to predeformation. The porous microfibers side supported preosteoblast cell adhesion, enhanced osteogenesis, and angiogenesis in vitro, through the biomimetic extracellular matrix and sustainable Mg2+ release. Furthermore, the Mg-MgO/PCL membrane incorporating 2 wt % MgO NPs exhibited remarkable antimicrobial properties, inducing over 88.75% apoptosis in Staphylococcus aureus. An in vivo experiment using the rat skull defect model (Φ = 5 mm) confirmed that the Mg-MgO/PCL membrane significantly improved new bone formation postsurgery. Collectively, our investigation provides valuable insights into the design of multifunctional membranes for clinical oral GBR application.
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