One-step calcium crosslinking of chitosan/alginate/pectin/bioactive glass scaffolds with synergistic osteogenic-angiogenic activity for bone regeneration.

چکیده اصلی

This study aimed to simplify the fabrication process of bone tissue engineering scaffolds by developing a composite scaffold based on chitosan (CS), sodium alginate (SA), pectin (PEC), and 45S5 bioactive glass (BG) through an integrated one-step CaCl2-mediated crosslinking method. Scaffolds were prepared with varying BG mass fractions (10, 20, 30, and 40 wt%, named CSAP@BG10, CSAP@BG20, CSAP@BG30, and CSAP@BG40) by mixing CS, SA, and PEC solutions (dry ratio 50:40:10) with BG particles. The resulting mixture was then subjected to shaping, Ca2+-mediated crosslinking, freezing, and freeze-drying. Characterization included porosity assessment, infrared spectroscopy (IR), x-ray diffraction (XRD), and simulated body fluid (SBF) evaluation.In vitrostudies were performed using bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs). The CSAP@BG20 scaffold exhibited an interconnected porous structure, a favorable swelling ratio, and notable mass retention after degradation. IR and XRD analyses confirmed the successful incorporation of the BG and the retention of its amorphous structural characteristics within the scaffold. A bone-like apatite layer formed on the scaffold after SBF immersion, indicating favorablein vitrobioactivity. In addition, immersion studies showed composition-dependent physicochemical behavior, including mild pH variation and sustained Ca2+release. BMSCs exhibited enhanced adhesion, proliferation, and osteogenic gene expression in CSAP@BG20 compared with the BG-free control. It also upregulates angiogenic-related factors, demonstrating synergistic osteogenic and angiogenic effects. The integrated one-step CaCl2-mediated fabrication strategy successfully created a scaffold with favorable structure, mechanical properties, and bioactivity. Among the tested formulations, CSAP@BG20 showed the most balanced physicochemical and biological performance. The CSAP@BG20 scaffold shows promise for bone defect repair.

ترجمه فارسی چکیده

این مطالعه به منظور ساده‌سازی فرآیند ساخت اسکلت‌های مهندسی بافت استخوان، با استفاده از روش یک‌مرحله‌ای تقویت‌کننده mediated با Cl2Ca، سعی در توسعه اسکلت ترکیبی بر پایه چیتوسان (CS)، آلژینات سدیم (SA)، پکتین (PEC) و شیشه زیستی 45S5 داشت. اسکلت‌ها با نسبت‌های جرمی مختلف شیشه زیستی (10، 20، 30 و 40 درصد وزنی) با مخلوط کردن محلول‌های CS، SA و PEC (نسبت خشک 50:40:10) و ذرات شیشه زیستی آماده شدند. میکسر حاصل سپس شکل‌دهی، تقویت mediated با یون کلسیم، منجمد کردن و خشک کردن یخ‌زدایی شد. ویژگی‌سنجی شامل ارزیابی تخلخل، طیف‌سنجی فروسرخ (IR)، پراش اشعه ایکس (XRD) و ارزیابی مایع شبیه‌سازی بدن (SBF) بود. مطالعات in vitro با استفاده از سلول‌های بنیادی مغز استخوان (BMSC) انجام شد. اسکلت CSAP@BG20 ساختار تخلخل متصل به هم، نسبت جذب مایع مطلوب و حفظ قابل توجه جرم پس از تجزیه را نشان داد. تحلیل‌های IR و XRD تلفیق موفقیت‌آمیز شیشه زیستی و حفظ ویژگی‌های ساختاری آمورف آن را تایید کرد. لایه آپاتیت مشابه استخوان پس از غوطه‌وری در SBF روی اسکلت تشکیل شد که نشان‌دهنده زیست‌فعالی مطلوب in vitro بود. مطالعات غوطه‌وری نشان دادند رفتار فیزیکوشیمیایی وابسته به ترکیب، از جمله تغییرات ملایم pH و آزادسازی پایدار یون کلسیم. BMSCها در CSAP@BG20 نسبت به کنترل بدون شیشه زیستی، چسبندگی، تکثیر و بیان ژن استخوان‌سازی را افزایش دادند. همچنین عوامل مرتبط با عروق‌سازی را بالا برد که نشان‌دهنده اثرات هم‌افزایی استخوان‌سازی و عروق‌سازی بود. استراتژی ساخت یک‌مرحله‌ای mediated با Cl2Ca، اسکلت با ساختار، خواص مکانیکی و زیست‌فعالی مطلوب ایجاد کرد. از میان فرمول‌های تست شده، CSAP@BG20 بهترین عملکرد فیزیکوشیمیایی و زیستی را نشان داد. اسکلت CSAP@BG20 برای ترمیم نقص استخوان امیدوارکننده است.

متن کامل اصلی