Development of cell-laden photopolymerized constructs with bioactive amorphous calcium magnesium phosphate for bone tissue regeneration via 3D bioprinting

再生(生物学) 化学 钙 明胶 骨组织 无定形磷酸钙 生物陶瓷 生物物理学 材料科学 细胞生物学 生物医学工程 纳米技术 生物化学 生物 医学 有机化学
作者
Ju Yeon Kim,Shrestha Bishnu Kumar,Chan Hee Park,Cheol Sang Kim
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:267 (Pt 2): 131412-131412 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.131412
摘要

The synthesis of ideal bioceramics to guide the fate of cells and subsequent bone regeneration within the chemical, biological, and physical microenvironment is a challenging long-term task. This study developed amorphous calcium magnesium phosphate (ACMP) bioceramics via a simple co-precipitation method. The role of Mg2+ in the formation of ACMP is investigated using physicochemical and biological characterization at different Ca/Mg molar ratio of the initial reaction solution. Additionally, ACMP bioceramics show superior cytocompatibility and improved osteogenic differentiation of co-cultured MC3T3-E1 cells. Regulation of the microenvironment with Mg2+ can promote early-stage bone regeneration. For this, bioprinting technology is employed to prepare ACMP-modified 3D porous structures. Our hypothesis is that the incorporation of ACMP into methacrylated gelatin (GelMA) bioink can trigger the osteogenic differentiation of encapsulated preosteoblast and stimulate bone regeneration. The cell-laden ACMP composite structures display stable printability and superior cell viability and cell proliferation. Also, constructs loading the appropriate amount of ACMP bioceramic showed significant osteogenic differentiation activity compared to the pure GelMA. We demonstrate that the dissolved Mg2+ cation microenvironment in ACMP-modified composite constructs plays an effective biochemical role, and can regulate cell fate. Our results predict that GelMA/ACMP bioink has significant potential in patient-specific bone tissue regeneration.
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