Wspomaganie wzrostu komórek kostnych na hydrożelach z gumy gellan za pomocą mineralizacji enzymatycznej

• Autorzy: Pietryga K. , Costa J , Pereira P. , Douglas T. E. L. , Pamuła E.

Warianty tytułu

EN

Promotion of bone cells growth on gellan gum hydrogels by enzymatic mineralization

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Enzymatyczna mineralizacja hydrożeli jest obiecującym sposobem uzyskiwania materiałów do leczenia ubytków tkanki kostnej. Dzięki wytworzeniu wewnątrz materiału fosforanów wapnia (CaP), hydrożele stają się sztywniejsze, przez co bardziej odpowiednie do regeneracji tkanki kostnej. W przedstawionych badanych hydrożele z gumy gellan (GG) zawierające enzym – fosfatazę alkaliczną (ALP, 0,5 mg/ml) były mineralizowane poprzez inkubację w roztworze glicerofosforanu wapnia (CaGP). Porównano trzy różne stężenia GG: 0,7; 1,2 i 1,6%. W celu oceny zawartości CaP oznaczono suchą masę mineralizowanych próbek. Rozmieszczenie fazy mineralnej obserwowano w mikroskopie świetlnym na przekrojach. Przeprowadzono również testy mechaniczne w próbie ściskania. W badaniach komórkowych komórki osteoblastopodobne MG-63 hodowano na powierzchni materiałów jak i na przekrojach w okresie 1 oraz 7 dni. Żywotność komórek oznaczono przy pomocy barwienia live/dead. Badania mechaniczne wykazały znacznie wyższy moduł Younga w przypadku materiałów zmineralizowanych w porównaniu z czystymi hydrożelami jednak wzrost ten nie był tak wyraźny dla hydrożeli o wyższym stężeniu GG. Z powodu wypłukiwania ALP, rozmieszczenie fazy mineralnej w obrębie próbek nie było jednorodne: większość CaP tworzyła się wewnątrz materiału. Obecność fazy mineralnej sprzyjała adhezji komórek MG-63 do materiału, ich rozpłaszczeniu jak również przeżywalności.

EN

Enzymatic mineralization of hydrogels is a promising approach to obtain new materials for the treatment of bone tissue defects. Thanks to creation of calcium phosphates (CaP) inside the material, the hydrogel becomes more rigid and therefore more suitable for bone tissue replacement. In this study, gellan gum (GG) hydrogels containing the enzyme alkaline phosphatase (ALP, 0.5 mg/ml) were mineralized by incubation in mineralization solutions of calcium glycerophosphate (CaGP). Three different concentrations of GG were compared: 0.7, 1.2 and 1.6% (w/v). In order to assess amount of CaP formed, dry mass percentage was calculated while distribution of mineral phase was observed by light microscopy. Mechanical tests in compression mode were also carried out. Osteoblast-like MG-63 cells were cultured for 1 and 7 days on the surface and cross-sections of mineralized and non-mineralized samples. Viability of cells was measured by live/dead staining. Mechanical testing revealed that Young’s modulus of mineralized hydrogels was much higher than unmineralized hydrogels. However, this increase was not particularly pronounced for samples of higher GG content. Due to ALP leaching, the distribution of minerals was inhomogeneous: most of the mineral phase was formed inside the material. The presence of CaP in mineralized samples promoted attachment, spreading and viability of MG-63 cells.

Słowa kluczowe

PL

hydrożel; kompozyt; mineralizacja; fosfataza alkaliczna

EN

hydrogel; composite; mineralization; alkaline phosphatise

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 17, no. 125
• Strony: 6--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pietryga K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Costa J

• University of Porto, Faculty of Engineering, Praca Gomes Teixeira, 4099-002 Porto, Portugal

autor

Pereira P.

• University of Porto, Faculty of Engineering, Praca Gomes Teixeira, 4099-002 Porto, Portugal

autor

Douglas T. E. L.

• Nano and Biophotonics Group, Department of Molecular Biotechnology, University of Ghent, Coupure Links 653, Belgium

autor

Pamuła E.

• University of Porto, Faculty of Engineering, Praca Gomes Teixeira, 4099-002 Porto, Portugal

Bibliografia

• [1] I. Giavasi, L. M. Harvey, and B. McNeil: Gellan gum. Critical Reviews in Biotechnology 20.3 (2000) 177-211.
• [2] T. Okamoto, K. Kubota: Sol-gel transition of polysaccharide gellan gum. Carbohydrate Polymers 30.2 (1996) 149-153.
• [3] A.M. Fialho, L.M. Moreira, A.T. Granja, A.O. Popescu, K. Hoffmann, I. Sá-Correia: Occurrence, production, and applications of gellan: current state and perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology 79.6 (2008) 889-900.
• [4] J.E. Roldan, Hydrogels: Introduction and Applications in Biology and Engineering, Lousiana Tech University Dept. of Biological Sciences, 2003.
• [5] J. Fan, Y. Gong, L. Ren, R.R. Varshney, D. Cai, D.A. Wang: In vitro engineered cartilage using synovium-derived mesenchymal stem cells with injectable gellan hydrogels. Acta Biomaterialia 6.3 (2010) 1178-1185.
• [6] J.T. Oliveira, L. Martins, R. Picciochi, P.B. Malafaya, R.A. Sousa, N.M. Neves, J.F. Mano, R.L. Reis: Gellan gum: a new biomaterial for cartilage tissue engineering applications. Journal of Biomedical Materials Research Part A 93.3 (2010) 852-863.
• [7] E. Miyoshi, T. Takaya, K. Nishinari: Rheological and thermal studies of gel-sol transition in gellan gum aqueous solutions. Carbohydrate Polymers 30.2 (1996) 109-119.
• [8] T.E. Douglas, E. Pamula, S. Leeuwenburgh: Biomimetic Mineralization of Hydrogel Biomaterials for Bone Tissue Engineering. In Biomimetics Published by John Wiley & Sons Inc, 2013
• [9] T. Douglas, M. Wlodarczyk, E. Pamula, H. Declercq, E. de Mulder, M. Bucko, L. Balcaen, F. Vanhaecke, R. Cornelissen, P. Dubruel, J. Jansen, S. Leeuwenburgh: Enzymatic mineralization of gellan gum hydrogel for bone tissue-engineering applications and its enhancement by polydopamine. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine 8 (2014) 906-918.
• [10] T.E. Douglas, G. Krawczyk, E. Pamula, H.A. Declercq, D. Schaubroeck, M.M. Bucko, L. Balcaen, P. van Der Voort, V. Bliznuk, N.M. van den Vreken, M. Dash, R. Detsch, A.R. Boccaccini, F. Vanhaecke, M. Cornelissen, P. Dubruel: Generation of composites for bone tissue engineering applications consisting of gellan gum hydrogels mineralized with calcium and magnesium phosphate phases by enzymatic means. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine (2014), DOI:10.1002/term.1875.

Uwagi

PL

Praca została sfinansowana z badań statutowych AGH (nr 11.11.160.616) i projektu NCN (Nr 2012/05/B/ST8/00129).