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Development of a New Bone‐Mimetic Surface Treatment Platform: Nanoneedle Hydroxyapatite (nnHA) Coating
Advanced Healthcare Materials ( IF 10.0 ) Pub Date : 2020-10-27 , DOI: 10.1002/adhm.202001102 Kian F Eichholz 1, 2, 3 , Stanislas Von Euw 2, 3 , Ross Burdis 2, 3 , Daniel J Kelly 2, 3, 4, 5 , David A Hoey 1, 2, 3, 4, 5
Advanced Healthcare Materials ( IF 10.0 ) Pub Date : 2020-10-27 , DOI: 10.1002/adhm.202001102 Kian F Eichholz 1, 2, 3 , Stanislas Von Euw 2, 3 , Ross Burdis 2, 3 , Daniel J Kelly 2, 3, 4, 5 , David A Hoey 1, 2, 3, 4, 5
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The hierarchical structure of bone plays pivotal roles in driving cell behavior and tissue regeneration and must be considered when designing materials for orthopedic applications. Herein, it is aimed to recapitulate the native bone environment by using melt electrowriting to fabricate fibrous microarchitectures which are modified with plate‐shaped (pHA) or novel nanoneedle‐shaped (nnHA) crystals. Nuclear magnetic resonance spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and X‐ray diffraction demonstrate that these coatings replicate the nanostructure and composition of native bone. Human mesenchymal stem/stromal cell (MSC) mineralization is significantly increased fivefold with pHA scaffolds and 14‐fold with nnHA scaffolds. Given the protein stabilizing properties of mineral, these materials are further functionalized with bone morphogenetic protein 2 (BMP2). nnHA treatment facilitates controlled release of BMP2 which further enhance MSC mineral deposition. Finally, the versatility of this nnHA treatment method, which may be used to coat different architectures/materials including fused deposition modeling (FDM) scaffolds and Ti6Al4V titanium, is demonstrated. This study thus outlines a method for fabricating scaffolds with precise fibrous microarchitectures and bone‐mimetic nnHA extrafibrillar coatings which significantly enhance MSC osteogenesis and therapeutic protein delivery, and leverages these results to show how this surface treatment method may be applied to a wider field for multiple orthopedic applications.
中文翻译：
开发新的仿骨表面处理平台：纳米针羟基磷灰石 (nnHA) 涂层
骨骼的层次结构在驱动细胞行为和组织再生方面起着关键作用，在设计用于骨科应用的材料时必须考虑。在此，其目的是通过使用熔体电写来制造用板状 (pHA) 或新型纳米针状 (nnHA) 晶体修饰的纤维微结构来重现天然骨环境。核磁共振波谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和 X 射线衍射表明，这些涂层复制了天然骨的纳米结构和组成。人类间充质干/基质细胞 (MSC) 矿化在 pHA 支架中显着增加了 5 倍，在 nnHA 支架中显着增加了 14 倍。鉴于矿物质的蛋白质稳定特性，这些材料进一步被骨形态发生蛋白 2 (BMP2) 功能化。nnHA 处理促进 BMP2 的受控释放，从而进一步增强 MSC 矿物质沉积。最后，展示了这种 nnHA 处理方法的多功能性，该方法可用于涂覆不同的结构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质递送，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。nnHA 处理促进 BMP2 的受控释放，从而进一步增强 MSC 矿物质沉积。最后，展示了这种 nnHA 处理方法的多功能性，该方法可用于涂覆不同的结构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质的传递，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。nnHA 处理促进 BMP2 的受控释放，从而进一步增强 MSC 矿物质沉积。最后，展示了这种 nnHA 处理方法的多功能性，该方法可用于涂覆不同的结构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质递送，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。演示了可用于涂覆不同架构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质的传递，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。演示了可用于涂覆不同架构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质的传递，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。
更新日期：2020-12-16
中文翻译：
开发新的仿骨表面处理平台：纳米针羟基磷灰石 (nnHA) 涂层
骨骼的层次结构在驱动细胞行为和组织再生方面起着关键作用，在设计用于骨科应用的材料时必须考虑。在此，其目的是通过使用熔体电写来制造用板状 (pHA) 或新型纳米针状 (nnHA) 晶体修饰的纤维微结构来重现天然骨环境。核磁共振波谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和 X 射线衍射表明，这些涂层复制了天然骨的纳米结构和组成。人类间充质干/基质细胞 (MSC) 矿化在 pHA 支架中显着增加了 5 倍，在 nnHA 支架中显着增加了 14 倍。鉴于矿物质的蛋白质稳定特性，这些材料进一步被骨形态发生蛋白 2 (BMP2) 功能化。nnHA 处理促进 BMP2 的受控释放，从而进一步增强 MSC 矿物质沉积。最后，展示了这种 nnHA 处理方法的多功能性，该方法可用于涂覆不同的结构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质递送，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。nnHA 处理促进 BMP2 的受控释放，从而进一步增强 MSC 矿物质沉积。最后，展示了这种 nnHA 处理方法的多功能性，该方法可用于涂覆不同的结构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质的传递，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。nnHA 处理促进 BMP2 的受控释放，从而进一步增强 MSC 矿物质沉积。最后，展示了这种 nnHA 处理方法的多功能性，该方法可用于涂覆不同的结构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质递送，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。演示了可用于涂覆不同架构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质的传递，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。演示了可用于涂覆不同架构/材料，包括熔融沉积建模 (FDM) 支架和 Ti6Al4V 钛。因此，本研究概述了一种制造具有精确纤维微结构和骨模拟 nnHA 纤维外涂层的支架的方法，可显着增强 MSC 成骨和治疗性蛋白质的传递，并利用这些结果展示这种表面处理方法如何应用于更广泛的领域骨科应用。
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