3D biomimetic artificial bone scaffolds with dual-cytokines spatiotemporal delivery for large weight-bearing bone defect repair

生物医学工程 骨形态发生蛋白2 人造骨 体内 再生(生物学) 骨形态发生蛋白 材料科学 骨愈合 化学 细胞生物学 体外 解剖 医学 生物 基因 生物化学 生物技术
作者
Xiaogang Bao,Lingjun Zhu,Xiaodong Huang,Dezhi Tang,Dannong He,Jiangang Shi,Guohua Xu
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:55
标识
DOI:10.1038/s41598-017-08412-0
摘要

It is a great challenge to prepare "functional artificial bone" for the repair of large segmental defect, especially in weight-bearing bones. In this study, bioactive HA/PCL composite scaffolds that possess anatomical structure as autogenous bone were fabricated by CT-guided fused deposition modeling technique. The scaffolds can provide mechanical support and possess osteoconduction property. Then the VEGF-165/BMP-2 loaded hydrogel was filled into biomimetic artificial bone spatially to introduce osteoinduction and angioinduction ability via sustained release of these cytokines. It has been revealed that the cytokine-loaded hydrogel possessed good biodegradability and could release the VEGF-165/BMP-2 sustainedly and steadily. The synergistic effect of these two cytokines showed significant stimulation on the osteogenic gene expresssion of osteoblast in vitro and ectopic ossification in vivo. The scaffolds were then implanted into the rabbit tibial defect sites (1.2 cm) for bone regeneration for 12 weeks, indicating the best repair of defect in vivo, which was superior to the pure hydrogel/scaffolds or one-cytokine loaded hydrogel/scaffolds and close to autogenous bone graft. The strategy to construct an "anatomy-structure-function" trinity system as functional artificial bone shows great potential in replacing autogenous bone graft and applying in large bone defect repair clinically in future.
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