Mineralizacja enzymatyczna hydrożeli z gumy gellan z wytworzeniem fosforanów wapnia oraz magnezu dla inżynierii tkanki kostnej

• Autorzy: Douglas T. E. L. , Krawczyk G. , Pamuła E. , Declercq H. A. , Schaubroeck D. , Bućko M.M. , Balcaen L. , Voort P. van der , Vanhaecke F. , Cornelissen R. , Dubruel P.

Warianty tytułu

EN

Enzymatic mineralization of gellan gum hydrogels with calcium and magnesium phosphate for bone tissue engineering

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Zastosowanie hydrożeli jako skafoldów dla inżynierii tkanki kostnej umożliwia integrację substancji bioaktywnej takiej jak enzym fosfataza alkaliczna (ALP), który sprzyja mineralizacji. W niniejszej pracy, hydrożele z gumy gellan (GG) zawierające ALP poddano mineralizacji z wytworzeniem fosforanów wapnia (CaP) i magnezu (MgP) przez inkubację w płynach mineralizujących zawierających glicerofosforan wapniowy (CaGP) i magnezowy (MgGP). Porównano pięć różnych stosunków stężeń CaGP:MgGP, mianowicie 0.1:0, 0.075:0.025, 0.05:0.05, 0.025:0.075 and 0:0.1 (mol dm-3). Tworzenie CaP i MgP potwierdzono za pomocą FTIR, spektroskopii Ramana, SEM, EDS, IC- P-OES, XRD, TGA oraz poprzez wyznaczanie zmian suchej masy. Stwierdzono, że wapń ulega integracji w fazie mineralnej w znacznie większym stopniu niż magnez. Wzrost ilości magnezu spowodował zmiany w morfologii otrzymanej fazy mineralnej. Badania mechaniczne oraz reometryczne wykazały, że moduł Younga oraz składowa rzeczywista modułu reometrycznego hydrożeli ulegających mineralizacji przy stosunków stężeń CaGP:MgGP 0:0.1 były przynajmniej trzy razy większe w porównaniu do wszystkich innych próbek. Obecność MgP w próbkach zmineralizowanych sprzyjała adhezji oraz żywotności komórek osteoblastycznych MC3T3-E1 i nie wpłynęła negatywnie na ich cytozgodność. Wyniki dowodzą, że można indukować mineralizację hydrożeli z gumy gellan za pomocą CaGP oraz MgGP i tym samym wpływać na skład mineralny oraz właściwości mechaniczne kompozytów hydrożelowych-ceramicznych przez zmodyfikowanie stosunków stężeń CaGP:MgGP.

EN

The use of hydrogels as bone tissue engineering (TE) scaffolds enables incorporation of bioactive substances such as the mineralization-promoting enzyme alkaline phosphatase (ALP). In this study, gellan gum (GG) hydrogels containing ALP were mineralized with calcium phosphate (CaP) and magnesium phosphate (MgP) by incubation in mineralization solutions of calcium and magnesium glycerophosphate (CaGP, MgGP). Five different CaGP:MgGP concentration ratios were compared, namely 0.1:0, 0.075:0.025, 0.05:0.05, 0.025:0.075 and 0:0.1 (all values mol dm-3). CaP and MgP formation was confirmed by FTIR, Raman, SEM, EDS, ICP-OES, XRD, TGA and monitoring dry mass percentage changes. Ca was incorporated into mineral to a greater extent than Mg. Incorporation of increasing amounts of Mg into mineral formed led to changes in mineral deposit morphology. Mechanical and rheometric testing revealed that Young's modulus and storage modulus of hydrogels mineralized at a CaGP:MgGP concentration ratios of 0:0.1 were at least three times higher than those of all other samples. The presence of MgP in mineralized samples promoted attachment and vitality of osteoblastic MC3T3-E1 cells and did not negatively impact cytocompatibility. The results prove the principle of enzymatic mineralization with CaP and MgP and adjusting the composition and mechanical properties of hydrogel-ceramic composites by altering the CaGP:MgGP concentration ratio.

Słowa kluczowe

PL

hydrożel; kompozyt; mineralizacja; enzym

EN

hydrogel; composite; mineralization; enzyme

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.
• Strony: 95--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., wykr.

Twórcy

autor

Douglas T. E. L.

• Polymer Chemistry and Biomaterials (PBM) Group, Ghent University, Krijgslaan 281 S4, 9000 Gent, Belgia

autor

Krawczyk G.

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

autor

Pamuła E.

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

autor

Declercq H. A.

• Department of Basic Medical Science, Ghent University, De Pintelaan 185 (6B3), 9000 Ghent, Belgia

autor

Schaubroeck D.

• Ośrodek Inżynerii Mikrosystemów (CMST), ELIS, imec, Technologiepark 914a, 9052 Ghent, Belgia

autor

Bućko M.M.

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

autor

Balcaen L.

• Wydział Chemii Analitycznej, Ghent University, Krijgslaan 281 S12, 9000 Ghent, Belgia

autor

Voort P. van der

• Wydział Chemii Nieorganicznej, Ghent University, Krijgslaan 281 S3, 9000 Ghent, Belgia

autor

Vanhaecke F.

• Wydział Chemii Analyticznej, Ghent University, Krijgslaan 281 S12, 9000 Ghent, Belgia

autor

Cornelissen R.

• Department of Basic Medical Science, Ghent University, De Pintelaan 185 (6B3), 9000 Ghent, Belgia

autor

Dubruel P.

• Polymer Chemistry and Biomaterials (PBM) Group, Ghent University, Krijgslaan 281 S4, 9000 Gent, Belgia

Bibliografia

• [1] Legeros, R. Z. (1991) Calcium Phosphates in Oral Biology and Medicine, Basel, Karger.
• [2] Gkioni, K., (2010) Tissue Eng Part B Rev, 16, 577-85.
• [3] Douglas, T. E. L., et al. (2012) Macromol Biosci.
• [4] Tamimi, F., et al. (2012) Acta Biomater, 7, 2678-85.
• [5] Oliveira, J. T., et al. (2010) J Biomed Mater Res A, 93, 852-63.
• [6] Bracci, B., et al. (2009) J Inorg Biochem, 103, 1666-74.

Uwagi

PL

Autorzy dziękują Research Foundation Flanders (FWO) oraz Ghent University za sfinansowanie badań i LLP Erasmus program za przyznanie stypendium dla Grzegorza Krawczyka.