Mg–Zn–Ca bulk metallic glass (BMG) is a promising orthopedic fixation implant because of its biodegradable and biocompatible properties. Structural supporting bone implants with osteoinduction properties for effective bone regeneration have been highly desired in recent years. Osteogenic growth peptide (OGP) can increase the proliferation and differentiation of mesenchymal stem cells and enhance the mineralization of osteoblast cells. However, the short half-life and non-specificity to target areas limit applications of OGP. Mesoporous silica nanoparticles (MSNs) as nanocarriers possess excellent properties, such as easy surface modification, superior targeting efficiency, and high loading capacity of drugs or proteins. Accordingly, we propose a system of combining the OGP-containing MSNs with Mg–Zn–Ca BMG materials to promote bone regeneration. In this work, we conjugated cysteine-containing OGP (cgOGP, 16 a.a.) to interior walls of channels in MSNs and maintained the dispersity of MSNs via PEGylation. An in vitro study showed that metal ions released from Mg–Zn–Ca BMG promoted cell proliferation and migration and elevated alkaline phosphatase (ALP) activity and mineralization. On treating cells with both BMG ion-containing Minimum Essential Medium Eagle-alpha modification (α-MEM) and OGP-conjugated MSNs, enhanced focal adhesion turnover and promoted differentiation were observed. Hematological analyses showed the biocompatible nature of this BMG/nanocomposite system. In addition, in vivo micro-computed tomographic and histological observations revealed that our system stimulated osteogenesis and new bone formation around the implant site.

中文翻译：

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将 Mg-Zn-Ca 块体金属玻璃与介孔二氧化硅纳米复合材料结合用于骨组织工程

Mg-Zn-Ca 块状金属玻璃 (BMG) 是一种很有前途的骨科固定植入物，因为它具有可生物降解和生物相容性。近年来，人们非常需要具有骨诱导特性的结构支撑骨植入物以实现有效的骨再生。成骨生长肽（OGP）可以增加间充质干细胞的增殖和分化，增强成骨细胞的矿化作用。然而，短的半衰期和对目标区域的非特异性限制了 OGP 的应用。介孔二氧化硅纳米粒子（MSNs）作为纳米载体具有优异的性能，例如易于表面修饰、卓越的靶向效率以及药物或蛋白质的高负载能力。因此，我们提出了一种将含 OGP 的 MSN 与 Mg-Zn-Ca BMG 材料相结合的系统，以促进骨再生。在这项工作中，我们将含半胱氨酸的 OGP (cgOGP, 16 aa) 与 MSN 的通道内壁结合，并通过 PEG 化保持 MSN 的分散性。一项体外研究表明，从 Mg-Zn-Ca BMG 释放的金属离子可促进细胞增殖和迁移，并提高碱性磷酸酶 (ALP) 活性和矿化。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。我们将含半胱氨酸的 OGP (cgOGP, 16 aa) 缀合到 MSN 通道的内壁，并通过聚乙二醇化保持 MSN 的分散性。一项体外研究表明，从 Mg-Zn-Ca BMG 释放的金属离子可促进细胞增殖和迁移，并提高碱性磷酸酶 (ALP) 活性和矿化。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。我们将含半胱氨酸的 OGP (cgOGP, 16 aa) 缀合到 MSN 通道的内壁，并通过聚乙二醇化保持 MSN 的分散性。一项体外研究表明，从 Mg-Zn-Ca BMG 释放的金属离子可促进细胞增殖和迁移，并提高碱性磷酸酶 (ALP) 活性和矿化。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。) 到 MSN 通道的内壁，并通过聚乙二醇化保持 MSN 的分散性。一项体外研究表明，从 Mg-Zn-Ca BMG 释放的金属离子可促进细胞增殖和迁移，并提高碱性磷酸酶 (ALP) 活性和矿化。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。) 到 MSN 通道的内壁，并通过聚乙二醇化保持 MSN 的分散性。一项体外研究表明，从 Mg-Zn-Ca BMG 释放的金属离子可促进细胞增殖和迁移，并提高碱性磷酸酶 (ALP) 活性和矿化。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。一项体外研究表明，从 Mg-Zn-Ca BMG 释放的金属离子可促进细胞增殖和迁移，并提高碱性磷酸酶 (ALP) 活性和矿化。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。一项体外研究表明，从 Mg-Zn-Ca BMG 释放的金属离子可促进细胞增殖和迁移，并提高碱性磷酸酶 (ALP) 活性和矿化。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。在用含 BMG 离子的最小必需培养基 Eagle-α 修饰 (α-MEM) 和 OGP 缀合的 MSN 处理细胞时，观察到粘着斑周转增强和分化促进。血液学分析显示了这种 BMG/纳米复合系统的生物相容性。此外，体内微计算机断层扫描和组织学观察表明，我们的系统刺激了植入部位周围的成骨和新骨形成。