Guided cortical and cancellous bone formation using a minimally invasive technique of BMSC- and BMP-2-laden visible light-cured carboxymethyl chitosan hydrogels

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作者
Sang-Hoon Yoon,Sae Hyun Kim,Jae Won Choi,Heung Jae Chun,Dae Hyeok Yang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:227: 641-653 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.12.137
摘要

A cavity defect inside the bone is formed by deformed cancellous bone from the fixation of the cortical bone, and consequently, abnormal bone healing occurs. Therefore, repairing cancellous bone defects is a remarkable topic in orthopedic surgery. In this study, we prepared bone marrow-derived stem cell (BMSC)-laden and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2)-laden visible light-cured carboxymethyl chitosan (CMCS) hydrogels for cortical and cancellous bone healing. Proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) analysis confirmed the methacrylation of CMCS (CMCSMA), resulting in 55 % of substitution. The higher concentration of CMCSMA hydrogel resulted in the lower swelling ratio, the larger viscosity, the slower degradation behavior, and the stronger compressive strength. The 5 w/v% hydrogel exhibited a controlled BMP-2 release for 14 days, while the 7 and 10 w/v% hydrogels displayed a controlled BMP-2 release for 28 days. Results of in vitro cytotoxicity and cell proliferation assays revealed the biocompatibility of the samples. In vivo animal tests demonstrated that BMSC- and BMP-2-laden 7 w/v% CMCSMA (CMCSMA+Cell+BMP-2) improved bone formation in the defected cortical and cancellous bones of the femur, as analyzed by micro-computed tomography (micro-CT) and histological evaluations. Consequently, we suggested that CMCSMA+Cell+BMP-2 can be a valuable scaffold for restoring cortical and cancellous bone defects.
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