Abstract Development of scaffolds from naturally available biomaterials for bone tissue engineering is an interesting research area. Among the different scaffolds established for this purpose, biogenic silica nanostructure (BSN) serves as a promising naturally available inorganic and biocompatible material. A few studies have demonstrated the intrinsic biological activity of synthetic silica nanoparticles. The virtually infinite promising applications of these structures rely on their erratic physicochemical properties. We have derived BSNs from Sorghum bicolor seed head using a progressive approach. The intrinsic biological activities were analyzed using human mesenchymal stem cells (hMSCs) as an in vitro model with MTT assay and acridine orange/ethidium bromide staining. We also studied the role of BSNs in the osteogenic differentiation of hMSCs using alkaline phosphatase staining, alizarin red staining, and gene expression analysis. BSNs increased the formation of calcium nodules and stimulated alkaline phosphatase (ALP) activity. Significant changes and/or upregulation in the expression of osteogenic prominent markers such as ALP, bone morphogenetic protein-2 (BMP-2), BMP-4, bone sialoprotein (BSP), collagen-1 (Col-1), and Runt-related transcription factor 2 (RUNX2) genes were observed. Taken together, these results suggest that BSNs exhibited biocompatibility and induced osteogenic differentiation of hMSCs, indicative of their potential applications for bone tissue engineering.

中文翻译：

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源自双色高粱的生物二氧化硅纳米结构通过 BSP、BMP-2 和 BMP-4 基因表达诱导成骨分化

摘要 利用天然生物材料开发用于骨组织工程的支架是一个有趣的研究领域。在为此目的建立的不同支架中，生物二氧化硅纳米结构 (BSN) 是一种很有前途的天然无机和生物相容性材料。一些研究已经证明了合成二氧化硅纳米粒子的内在生物活性。这些结构的几乎无限有前途的应用依赖于它们不稳定的物理化学性质。我们使用渐进式方法从高粱双色种子头中获得了 BSN。使用人间充质干细胞 (hMSC) 作为体外模型，通过 MTT 测定和吖啶橙/溴化乙锭染色分析内在生物活性。我们还使用碱性磷酸酶染色、茜素红染色和基因表达分析研究了 BSNs 在 hMSCs 成骨分化中的作用。BSNs 增加了钙结节的形成并刺激了碱性磷酸酶 (ALP) 活性。成骨显着标志物如 ALP、骨形态发生蛋白-2 (BMP-2)、BMP-4、骨唾液蛋白 (BSP)、胶原蛋白-1 (Col-1) 和 Runt- 表达的显着变化和/或上调观察到相关的转录因子 2 (RUNX2) 基因。总之，这些结果表明 BSNs 表现出生物相容性并诱导 hMSCs 的成骨分化，表明它们在骨组织工程中的潜在应用。BSNs 增加了钙结节的形成并刺激了碱性磷酸酶 (ALP) 活性。成骨显着标志物如 ALP、骨形态发生蛋白-2 (BMP-2)、BMP-4、骨唾液蛋白 (BSP)、胶原蛋白-1 (Col-1) 和 Runt- 表达的显着变化和/或上调观察到相关的转录因子 2 (RUNX2) 基因。总之，这些结果表明 BSNs 表现出生物相容性并诱导 hMSCs 的成骨分化，表明它们在骨组织工程中的潜在应用。BSNs 增加了钙结节的形成并刺激了碱性磷酸酶 (ALP) 活性。成骨显着标志物如 ALP、骨形态发生蛋白-2 (BMP-2)、BMP-4、骨唾液蛋白 (BSP)、胶原蛋白-1 (Col-1) 和 Runt- 表达的显着变化和/或上调观察到相关的转录因子 2 (RUNX2) 基因。总之，这些结果表明 BSNs 表现出生物相容性并诱导 hMSCs 的成骨分化，表明它们在骨组织工程中的潜在应用。和 Runt 相关转录因子 2 (RUNX2) 基因被观察到。总之，这些结果表明 BSNs 表现出生物相容性并诱导 hMSCs 的成骨分化，表明它们在骨组织工程中的潜在应用。和 Runt 相关转录因子 2 (RUNX2) 基因被观察到。总之，这些结果表明 BSNs 表现出生物相容性并诱导 hMSCs 的成骨分化，表明它们在骨组织工程中的潜在应用。