A bioinspired mineral-organic composite hydrogel as a self-healable and mechanically robust bone graft for promoting bone regeneration

丝素 材料科学 复合数 纳米技术 骨愈合 组织工程 丝绸 生物医学工程 复合材料 再生(生物学) 解剖 细胞生物学 医学 生物
作者
Shumeng Bai,Mengya Zhang,Xiaowei Huang,Xueliang Zhang,Chunhua Lü,Jibin Song,Huanghao Yang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:413: 127512-127512 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.127512
摘要

Despite advances in the development of osteo-regenerative biomaterials, current products are vulnerable to stress-induced formation of cracks, resulting in the loss of functionality and a limited lifespan. In the present study, a strategy based on host-guest assembly was developed to fabricate a silk fibroin-based inorganic-organic hybrid hydrogel (termed [email protected]@HA) in which silk fibroin was used as a polymer template to tether host (β-cyclodextrin) and guest (cholesterol) monomers, respectively. Due to dynamic host-guest interactions, the prepared hydrogel could repair itself spontaneously when damaged, without the assistance of any external stimuli, mimicking the self-healing characteristics of native bone tissue. Furthermore, the efficient energy dissipation mechanism provided by the host-guest crosslinking strategy endowed the hydrogel with robust mechanical properties to bear substantial mechanical loading. [email protected]@HA was shown to support cell proliferation and osteogenic differentiation in vitro and accelerate bone regeneration in critical-size rat femoral defects in vivo. Together, the silk fibroin-based self-healing hydrogel with robust mechanical properties shows potential applications in the reconstruction of bone defects, which may provide new directions for the design of functional biomaterials for tissue regeneration.

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