Tính tương thích sinh học của hợp chất Poly-ε-caprolactone-hydroxyapatite đối với tế bào sinh xương và tế bào nội mô được chiết xuất từ tủy xương chuột

Journal of Orthopaedic Surgery and Research - 2009
Haiying Yu1, Paul H. Wooley1, Shang‐You Yang2
1Department of Biomedical Engineering, Wayne State University, Detroit, Michigan, USA
2Department of Orthopaedic Surgery, Wayne State University, Detroit, Michigan, USA

Tóm tắt

Tóm tắtĐặt vấn đềXương chế tạo từ mô có thể được phát triển bằng cách cấy tế bào có khả năng tạo xương và tính mạch hóa trên các giá đỡ composite tương thích sinh học. Nghiên cứu hiện tại đã điều tra hiệu suất của tế bào sinh xương và tế bào nội mô được chiết xuất từ tủy xương chuột khi được cấy trên các giá đỡ composite hydroxyapatite (HA) và poly-ε-caprolactone (PCL).Phương phápCác tế bào đơn nhân đã được chuyển hóa thành osteoblast và tế bào nội mô tương ứng, được xác định bằng cách biểu hiện osteocalcin, phosphatase kiềm (ALP), và sự lắng đọng tinh thể chứa canxi đối với osteoblast, hoặc bằng cách biểu hiện thụ thể yếu tố tăng trưởng nội mô mạch-2 (VEGFR-2) và yếu tố von Willebrand (vWF), cùng với sự hình thành mạng lưới mao mạch trong Matrigel™ đối với tế bào nội mô. Cả hai loại tế bào được cấy tương ứng lên giá đỡ PCL-HA với tỷ lệ trọng lượng HA so với PCL là 1:1, 1:4, hoặc 0:1 và được đánh giá bằng kính hiển vi điện tử quét, hoạt động ALP (của osteoblast) và sản xuất nitric oxide (của tế bào nội mô) cộng với việc đánh giá khả năng sống sót của tế bào.Kết quảKết quả chỉ ra rằng HA dẫn đến sự kích thích tích cực của khả năng sống sót của osteoblast và hoạt động ALP, trong khi HA có ảnh hưởng ít hơn đến khả năng sống sót của tế bào nội mô. Sản xuất nitric oxide tăng cao của tế bào nội mô được quan sát thấy trong nhóm có chứa HA.Kết luậnViệc bổ sung HA vào PCL cải thiện tính tương thích sinh học cho các osteoblast chiết xuất từ tủy xương và tế bào nội mô. Hợp chất PCL-HA kết hợp với hai loại tế bào có thể cung cấp một hệ thống hữu ích cho các cấy ghép xương chế tạo từ mô có tính mạch hóa.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Soker S, Machado M, Atala A: Systems for Therapeutic Angiogenesis in Tissue Engineering. World J Urol. 2000, 18: 10-18. 10.1007/PL00007070.

Stahl A, Wu X, Wenger A, Klagsbrun M, Kurschat P: Endothelial Progenitor Cell Sprouting in Spheroid Cultures Is Resistant to Inhibition by Osteoblasts: A Model for Bone Replacement Grafts. FEBS Lett. 2005, 579: 5338-5342. 10.1016/j.febslet.2005.09.005.

Nör JE, Peters MC, Christensen JB, Sutorik MM, Linn S, Khan MK, Addison CL, Mooney DJ, Polverini PJ: Engineering and Characterization of Functional Human Microvessels in Immunodeficient Mice. Lab Invest. 2001, 81: 453-463.

Vailhé B, Vittet D, Feige J-J: in vitro Models of Vasculogenesis And Angiogenesis. Lab Invest. 2001, 81: 439-452.

Lin Y, Weisdorf DJ, Solovey A, Hebbel RP: Origins of Circulating Endothelial Cells and Endothelial Outgrowth from Blood. J Clin Invest. 2000, 105: 71-77. 10.1172/JCI8071.

Brey EM, Uriel S, Greisler HP, Patrick CW, McIntire LV: Therapeutic Neovascularization: Contributions from Bioengineering. Tissue Eng. 2005, 11: 567-584. 10.1089/ten.2005.11.567.

Urbich C, Dimmeler S: Endothelial Progenitor Cells: Characterization and Role in Vascular Biology. Circ Res. 2004, 95: 343-353. 10.1161/01.RES.0000137877.89448.78.

Peichev M, Naiyer AJ, Pereira D, Zhu Z, Lane WJ, Williams M, Oz MC, Hicklin DJ, Witte L, Moore MAS, Rafii S: Expression of VEGFR-2 and AC133 by circulating human CD34+ cells identifies a population of functional endothelial precursors. Blood. 2000, 95: 952-958.

Huang Y-C, Kaigler D, Rice KG, Krebsbach PH, Mooney DJ: Combined Angiogenic and Osteogenic Factor Delivery Enhances Bone Marrow Stromal Cell-Driven Bone Regeneration. J Bone Miner Res. 2005, 20: 848-857. 10.1359/JBMR.041226.

Kweon HY, Yoo MK, Park IK, Kim TH, Lee HC, Lee H-S, Oh J-S, Akaike T, Cho C-S: A novel degradable polycaprolactone networks for tissue engineering. Biomaterials. 2003, 24: 801-808. 10.1016/S0142-9612(02)00370-8.

Huatan H, Collett JH, Attwood D, Booth C: Preparation and characterization of poly(ε-caprolactone) polymer blends for the delivery of proteins. Biomaterials. 1995, 16: 1297-1303. 10.1016/0142-9612(95)91044-Y.

Rizzi SC, Heath DJ, Coombes AGA, Bock N, Textor M, Downes S: Biodegradable polymer/hydroxyapatite composites: Surface analysis and initial attachment of human osteoblasts. J Biomed Mater Res. 2001, 55: 475-486. 10.1002/1097-4636(20010615)55:4<475::AID-JBM1039>3.0.CO;2-Q.

Calandrelli L, Immirzi B, Malinconico M, Luessenheide S, Passaro I, Pasquale RD, Oliva A: Natural and Synthetic Hydroxyapatite Filled PCL: Mechanical Properties and Biocompatibility Analysis. J Bioact Compat Polym. 2004, 19: 301-313. 10.1177/0883911504045234.

Kim H-W, Knowles JC, Kim H-E: Effect of biphasic calcium phosphates on drug release and biological and mechanical properties of poly (ε-caprolactone) composite membranes. J Biomed Mater Res. 2004, 70A: 467-479. 10.1002/jbm.a.30100.

Yu H, Vord Vande PJ, Gong W, Wu B, Song Z, Matthew HW, Wooley PH, Yang S-Y: Promotion of osteogenesis in tissue-engineered bone by pre-seeding endothelial progenitor cells-derived endothelial cells. J Orthop Res. 2008, 26: 1147-1152. 10.1002/jor.20609.

Ishaug SL, Crane GM, Miller MJ, Yasko A, Yaszemski MJ, Mikos AG: Bone formation by three-dimensional stromal osteoblast culture in biodegradable polymer scaffolds. J Biomed Mater Res. 1997, 36: 17-28. 10.1002/(SICI)1097-4636(199707)36:1<17::AID-JBM3>3.0.CO;2-O.

Cheng SL, Yang JW, Rifas L, Zhang SF, Avioli LV: Differentiation of human bone marrow osteogenic stromal cells in vitro: induction of the osteoblast phenotype by dexamethasone. Endocrinology. 1994, 134: 277-286. 10.1210/en.134.1.277.

Mikos AG, Sarakinos G, Vacanti JP, Langer RS, Cima LG: Biocompatible polymer membranes and methods of preparation of three dimensional membrane structures. 1996

Yu H, Matthew HW, Wooley PH, Yang S-Y: Effect of porosity and pore size on microstructures and mechanical properties of poly-ε-caprolactone-hydroxyapatite composites. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2008

Cancedda R, Dozin B, Giannoni P, Quarto R: Tissue Engineering and Cell Therapy of Cartilage and Bone. Matrix Biol. 2003, 22: 81-91. 10.1016/S0945-053X(03)00012-X.

van Blitterswijk CA, Grote JJ, Kuypers W, Blok van Hoek CJG, Daems WT: Bioreactions at the tissue/hydroxyapatite interface. Biomaterials. 1985, 6: 243-251. 10.1016/0142-9612(85)90020-1.

Pitt CG: Poly-ε-Caprolactone and Its Copolymers. Biodegradable Polymers as Drug Delivery Systems. Edited by: Chasin M, Langer R. 1990, New York: Maicel Dekker, Inc, 71-120.

Jarcho M, Kay JF, Gumaer KI, Doremus RH, Drobeck HP: Tissue, cellular and subcellular events at a bone-ceramic hydroxylapatite interface. J Bioeng. 1997, 1 (2): 79-92.

Eggli PS, Muller W, Schenk RK: Porous hydroxyapatite and tricalcium phosphate cylinders with two different pore size ranges implanted in the cancellous bone of rabbits: A comparative histomorphometric and histologic study of bony ingrowth and implant substitution. Clin Orthop. 1988, 232: 127-138.

Griffith LG: Polymeric biomaterials. Acta Materialia. 2000, 48: 263-277. 10.1016/S1359-6454(99)00299-2.

Boyan BD, Hummert TW, Dean DD, Schwartz Z: Role of material surfaces in regulating bone and cartilage cell response. Biomaterials. 1996, 17: 137-146. 10.1016/0142-9612(96)85758-9.

Pezzatini S, Solito R, Morbidelli L, Lamponi S, Boanini E, Bigi A, Ziche M: The effect of hydroxyapatite nanocrystals on microvascular endothelial cell viability and functions. J Biomed Mater Res (part A). 2006, 76: 656-663. 10.1002/jbm.a.30524.

Groessner-Schreiber B, Tuan RS: Enhanced extracellular matrix production and mineralization by osteoblasts cultured on titanium surfaces in vitro. J Cell Sci. 1992, 101: 209-217.

Bowers KT, Keller JC, Randolph BA, Wick DG, Michaels CM: Optimization of surface micromorphology for enhanced osteoblast responses in vitro. Int J Oral Maxillofac Implants. 1992, 7: 302-310.

Furuzono T, Yasuda S, Kimura T, Kyotani S, Tanaka J, Kishida A: Nano-scaled hydroxyapatite/polymer composite IV. Fabrication and cell adhesion properties of a three-dimensional scaffold made of composite material with a silk fibroin substrate to develop a percutaneous device. J Artif Organs. 2004, 7: 137-144. 10.1007/s10047-004-0264-x.

Midy V, Hollande E, Rey C, Dard M, Plouët J: Adsorption of vascular endothelial growth factor to two different apatitic materials and its release. J Mater Sci Mater Med. 2001, 12: 293-298. 10.1023/A:1011286818733.

Stayton PS, Drobny GP, Shaw WJ, Long JR, Gilbert M: Molecular Recognition at the Protein-Hydroxyapatite Interface. Crit Rev Oral Biol Med. 2003, 14: 370-376. 10.1177/154411130301400507.

Uemura T, Nemoto A, Liu Y-k, Kojima H, Dong J, Yabe T, Yoshikawa T, Ohgushi H, Ushida T, Tateishi T: Osteopontin involvement in bone remodeling and its effects on in vivo osteogenic potential of bone marrow-derived osteoblasts/porous hydroxyapatite construct. Mater Sci Eng C. 2001, 17: 33-36. 10.1016/S0928-4931(01)00332-0.

Sun J-S, Tsuang Y-H, Liao C-J, Liu H-C, Hang Y-S, Lin F-H: The effects of calcium phosphate particles on the growth of osteoblasts. J Biomed Mater Res. 1997, 37: 324-334. 10.1002/(SICI)1097-4636(19971205)37:3<324::AID-JBM3>3.0.CO;2-N.

Ripamonti U: Soluble, insoluble and geometric signals sculpt the architecture of mineralized tissues. J Cell Mol Med. 2004, 8: 169-180. 10.1111/j.1582-4934.2004.tb00272.x.

Schiller C, Epple M: Carbonated calcium phosphates are suitable pH-stabilising fillers for biodegradable polyesters. Biomaterials. 2003, 24: 2037-2043. 10.1016/S0142-9612(02)00634-8.

Agrawal CM, Athanasiou KA: Technique to control pH in vicinity of biodegrading PLA-PGA implants. Journal of Biomedical Materials Research. 1997, 38: 105-114. 10.1002/(SICI)1097-4636(199722)38:2<105::AID-JBM4>3.0.CO;2-U.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Orthopaedic Surgery and Research

Thông tin tác giả