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A 3D printed bone tissue engineering scaffold composed of alginate dialdehyde-gelatine reinforced by lysozyme loaded cerium doped mesoporous silica-calcia nanoparticles

  • A novel biomaterial comprising alginate dialdehyde-gelatine (ADA-GEL) hydrogel augmented by lysozyme loaded mesoporous cerium doped silica-calcia nanoparticles (Lys-Ce-MSNs) is 3D printed to create bioactive scaffolds. Lys-Ce-MSNs raise the mechanical stiffness of the hydrogel composite scaffold and induce surface apatite mineralization, when the scaffold is immersed in simulated body fluid (SBF). Moreover, the scaffolds can co-deliver bone healing (Ca and Si) and antioxidant ions (Ce), and Lys to achieve antibacterial (and potentially anticancer) properties. The nanocomposite hydrogel scaffolds can hold and deliver Lys steadily. Based on the in vitro results, the hydrogel nanocomposite containing Lys assured improved pre-osteoblast cell (MC3T3-E1) proliferation, adhesion, and differentiation, thanks to the biocompatibility of ADA-GEL, bioactivity of Ce-MSNs, and the stabilizing effect of Lys on the scaffold structure. On the other hand, the proliferation level of MG63 osteosarcomaA novel biomaterial comprising alginate dialdehyde-gelatine (ADA-GEL) hydrogel augmented by lysozyme loaded mesoporous cerium doped silica-calcia nanoparticles (Lys-Ce-MSNs) is 3D printed to create bioactive scaffolds. Lys-Ce-MSNs raise the mechanical stiffness of the hydrogel composite scaffold and induce surface apatite mineralization, when the scaffold is immersed in simulated body fluid (SBF). Moreover, the scaffolds can co-deliver bone healing (Ca and Si) and antioxidant ions (Ce), and Lys to achieve antibacterial (and potentially anticancer) properties. The nanocomposite hydrogel scaffolds can hold and deliver Lys steadily. Based on the in vitro results, the hydrogel nanocomposite containing Lys assured improved pre-osteoblast cell (MC3T3-E1) proliferation, adhesion, and differentiation, thanks to the biocompatibility of ADA-GEL, bioactivity of Ce-MSNs, and the stabilizing effect of Lys on the scaffold structure. On the other hand, the proliferation level of MG63 osteosarcoma cells decreased, likely due to the effect of Lys. Last but not least, cooperatively, alongside gentamicin (GEN), Lys brought about a proper antibacterial efficiency to the hydrogel nanocomposite scaffold against gram-positive and gram-negative bacteria. Taken together, ADA-GEL/Lys-Ce-MSN nanocomposite holds great promise for 3D printing of multifunctional hydrogel bone tissue engineering (BTE) scaffolds, able to induce bone regeneration, address infection, and potentially inhibit tumor formation and growth.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:M. Monavari, R. Medhekar, Q. Nawaz, Mehran Monavari, M. Fuentes‐Chandía, S. Homaeigohar, A. R. BoccacciniORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Macromolecular bioscience
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:VP Vizepräsident
VP Vizepräsident / VP.1 eScience
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley-VCH
Verlagsort:Weinheim
Jahrgang/Band:22
Ausgabe/Heft:9
Aufsatznummer:2200113
Erste Seite:1
Letzte Seite:15
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:3D printing; Bioengineering; Biomaterials; Biotechnology; Bone tissue engineering; Drug delivery; Lysozyme; Materials chemistry; Mesoporous SiO2-CaO nanoparticles; Polymers and plastics
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
DOI:10.1002/mabi.202200113
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-581238
ISSN:1616-5195
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:28.08.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:28.08.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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