Functionalized biomimetic hybrid scaffolds for bone tissue regeneration and prevenction of infectious deseases

Abstract

Sono stati progettati e sviluppati due diversi dispositivi basati su uno scaffold ibrido con caratteristiche di biomimetismo verso il tessuto osseo, composto da idrossiapatite dopata con ioni Mg (Mg / HA) e collagene di tipo I (Coll). Si è progettato un device per la somministrazione locale e controllata con caratteristiche di osteoconduttività e bio-riassorbibilità in modo da diminuire i dosaggi tipici delle terapie sistemiche e di conseguenza ridurre i suoi effetti collaterali. Sono stati sintetizzati scaffold con differenti percentuali di MgHA e caricati con farmaci antibiotici e antitumorali. I risultati del profilo rilascio indicano che l’eluizione del farmaco è parzialmente controllata dalla componente ceramica dello scaffold: all’aumentare della quantità di MgHA, il rilascio è rallentato. Inoltre, le analisi antimicrobiche sugli scaffold caricati con antibiotici hanno dimostrato la conservazione dell'attività antibatterica. Lo scaffold ibrido è stato funzionalizzato con alginato ossidato per mimare meglio la chimica della nicchia ossea tumorale e ottenere un sistema 3D che possa consentire la progettazione di un modello di cancro in vitro che abbia come scopo finale la previsione di una nuova e mirata terapia del cancro. La funzionalizzazione è stata ottimizzata attraverso fasi di ossidazione e riduzione per legare l'alginato ossidato con il gruppo amminico delle fibre di collagene. Sono stato sintetizzati scaffold con diversi rapporti di idrossiapatite, 0%, 30%, 40%, 60% e 70%. I risultati hanno indicato che la funzionalizzazione è collagene dipendente e quindi all’aumentare dell’ idrossiapatite, decresce il quantitativo di alginato ossidato

Two different devices based on a synthetic hybrid biomimetic scaffold were designed and developed two different devices based on a synthetic hybrid biomimetic scaffold, composed by hydroxyapatite doped with Mg ions (Mg/HA) and type I collagen (Coll), reproducing the whole features of bone tissue. A medicated osteoinductive and bioresorbable bone scaffold is designed to perform local and controlled administration to reduce the systemic dosage and its side effects. Antibiotic and anticancer drugs are loaded on MgHA/Coll, synthesized with different percentage of hydroxyapatite and the release profile is controlled by MgHA increase. Furthermore, the antimicrobial analyses demonstrated the preservation of antibacterial activity of antibiotics loaded scaffolds. We functionalized hybrid bone scaffold with oxidized alginate to better mimic the chemistry of tumor bone niche and obtain a 3D system enable the design of an in vitro cancer model for the prediction of new and targeted cancer therapy. The functionalization has been optimized through oxidation and reduction steps to plug the oxidized alginate with the amino group of collagen fibers. We were interested in functionalizing hybrid scaffolds containing different hydroxyapatite ratios, 0%, 30%, 40%, 60% and 70%. Results indicated that the coupling occurred even at high amounts of hydroxyapatite present, although the amount of oxidized alginate decreased that interacts preferentially with collagen