Incorporation of Bone Morphogenetic Protein-2 and Osteoprotegerin in 3D-Printed Ti6Al4V Scaffolds Enhances Osseointegration Under Osteoporotic Conditions

骨保护素 骨整合 破骨细胞 假体周围 骨质疏松症 兰克尔 骨形态发生蛋白2 生物医学工程 骨形态发生蛋白 化学 牙科 医学 植入 关节置换术 体外 内科学 外科 生物化学 基因 激活剂(遗传学)
作者
Xianggang Wang,Zhengyan Li,Zhonghan Wang,He Li,Yutao Cui,Yuzhe Liu,Mingchun Ren,Hongsheng Zhan,Zuhao Li,Minfei Wu,Jincheng Wang
出处
期刊:Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Frontiers Media]
卷期号:9 被引量:12
标识
DOI:10.3389/fbioe.2021.754205
摘要

Osteoporosis is an age-related metabolic disease that results in limited bone regeneration capacity and excessive osteoclast activity. After arthroplasty in patients with osteoporosis, poor interface osseointegration resulting from insufficient bone regeneration ability often leads to catastrophic complications such as prosthesis displacement and loosening and periprosthetic fractures. In this study, we prepared a thermosensitive hydrogel loaded with bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) to promote osteogenesis and osteoprotegerin (OPG) to inhibit excessive osteoclast activity. To construct three-dimensional (3D)-printed composite scaffolds for implantation, a hydrogel loaded with drugs was injected into porous Ti6Al4V scaffolds. The 3D-printed composite scaffolds showed good biocompatibility and sustained release of BMP-2 and OPG for more than 20 days. In vitro experiments indicated that composite scaffolds promoted osteogenic differentiation and reduced the osteoclastic activation simultaneously. Remarkably, immunofluorescence staining, micro-CT, histological, and biomechanical tests demonstrated that the sustained release of both BMP-2 and OPG from composite scaffolds significantly improved bone ingrowth and osseointegration in osteoporotic defects. In conclusion, this study demonstrated that the BMP-2- and OPG-loaded 3D-printed composite scaffolds can potentially promote osseointegration for osteoporotic patients after joint replacement.

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