Light-cured hyaluronic acid composite hydrogels using riboflavin as a photoinitiator for bone regeneration applications

Self-healing of bone from damage caused by infection, trauma, or surgical removal of cysts is limited. Generally, external intervention is needed to increase bone repair and regeneration. In this study, biocompatible light-cured hyaluronic acid hydrogels loaded with nano-hydroxyapatite and chitosan were prepared using a new photoinitiating system based on riboflavin for bone regeneration applications.Four light-cured hydrogel groups were prepared as follows: Group I, a control group with no additions; Group II, loaded with nano-hydroxyapatite; Group III, loaded with chitosan; and Group IV, loaded with both nano-hydroxyapatite and chitosan. The new photoinitiating system consisted of riboflavin as a photoinitiator, dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) as a coinitiator (being used with riboflavin for the first time), and diphenyliodonium chloride as an accelerator. For each group, X-ray-diffraction, surface morphology by scanning electron microscope, mechanical properties, water uptake (%), and cell viability (%) were tested. The osteogenic potential was then tested in a rabbit model, and histomorphometric assessment was conducted.In the four groups, the light-cured hydrogels were obtained after a short irradiation time of 10 s using a dental light-curing unit. The prepared hydrogels were biocompatible. Simultaneous addition of nano-hydroxyapatite and chitosan increased the mechanical properties threefold and the osteogenic potential, twofold, with a statistically significant difference compared with the control group.Light-cured hyaluronic acid composite hydrogels loaded with nano-hydroxyapatite and chitosan-prepared by using the new photoinitiating system-are promising materials that can be used in bone regeneration applications.لدى العظام إمكانات محدودة للشفاء الذاتي بسبب العدوى، أو الإصابات أو الإزالة الجراحية للتكيُسات. عموما، هناك حاجة للتدخل الخارجي لزيادة إصلاح العظام وتجديدها. وتهدف هذه الدراسة لإعداد هلاميات مائية من حمض الهيالورونيك معالجة ضوئيا ومتوافقة حيويا ومحملة بنانو هيدروكسي ابيتايت والكيتوزان، وذلك باستخدام نظام جديد لتنشيط الفوتونات على أساس الريبوفلافين لتطبيقات تجديد العظام.تم إعداد أربع مجموعات من الهلاميات المائية معالجة بالضوء على النحو التالي: المجموعة الأولى كمجموعة ضابطة دون أي إضافات، المجموعة الثانية المحملة بالنانو هيدروكسي ابيتايت، المجموعة الثالثة المحملة بالكيتوزان والمجموعة الرابعة المحملة بكل من نانو هيدروكسي ابيتايت وكيتوزان. يتكون نظام تنشيط الفوتونات الجديد من الريبوفلافين كمنشط فوتوي، ميتاكاريل ديماثيلامينويثيل كمنشط مشارك، يتم استخدامه مع الريبوفلافين للمرة الأولى وكلوريد ثنائي الفينيل أودونيوم كمسرّع. لكل مجموعة، تم اختبار حيود الأشعة السينية، والتشكل السطحي عن طريق مسح المجهر الإلكتروني، والخصائص الميكانيكية، وامتصاص المياه (٪) وقابلية الخلايا للحياة (٪). ثم تم اختبار إمكانات العظام في نموذج أرنب وتم إجراء تقييم للقياسات النسيجية.تم الحصول في المجموعات الأربع على هلاميات مائية معالجة بالضوء بعد وقت قصير من التشعيع لمدة ١٠ ثوان باستخدام وحدة علاج ضوء الأسنان. وكانت الهلاميات المائية المعدة قابلة للتكيف الحيوي. وزادت الإضافة المتزامنة لنانو هيدروكسي ابيتايت وكيتوزان الخصائص الميكانيكية بثلاثة أضعاف، والقدرة على تكوين العظام بمقدار ضعفين مع فارق إحصائي كبير مقارنة بمجموعة التحكم.المركبات الهلاميات المائية المعالجة بالضوء من حمض الهيالورونيك المحملة بنانو هيدروكسي ابيتايت والكيتوزان باستخدام نظام تنشيط الفوتونات الجديد هي مواد واعدة يمكن استخدامها في تطبيقات تجديد العظام.