Biomaterials for bone regeneration: an orthopedic and dentistry overview

Girón, Juliana; Kerstner, Estela Knopp; Medeiros, Talita Garcia Sabino Lorenski de; Oliveira, Leonardo de Barros; Machado, Gabriela Moraes; Malfatti, Célia de Fraga; Pranke, Patrícia

doi:10.1590/1414-431x2021e11055

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“…In the present review, biomaterials for bone regeneration incorporating Sr have been reviewed according to the types of materials used in BTE, i.e., calcium phosphates, bioactive glasses, metal-based materials, and polymers [ 183 ].…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Strontium Functionalization of Biomaterials for Bone Tissue Engineering Purposes: A Biological Point of View

et al. 2022

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Strontium (Sr) is a trace element taken with nutrition and found in bone in close connection to native hydroxyapatite. Sr is involved in a dual mechanism of coupling the stimulation of bone formation with the inhibition of bone resorption, as reported in the literature. Interest in studying Sr has increased in the last decades due to the development of strontium ranelate (SrRan), an orally active agent acting as an anti-osteoporosis drug. However, the use of SrRan was subjected to some limitations starting from 2014 due to its negative side effects on the cardiac safety of patients. In this scenario, an interesting perspective for the administration of Sr is the introduction of Sr ions in biomaterials for bone tissue engineering (BTE) applications. This strategy has attracted attention thanks to its positive effects on bone formation, alongside the reduction of osteoclast activity, proven by in vitro and in vivo studies. The purpose of this review is to go through the classes of biomaterials most commonly used in BTE and functionalized with Sr, i.e., calcium phosphate ceramics, bioactive glasses, metal-based materials, and polymers. The works discussed in this review were selected as representative for each type of the above-mentioned categories, and the biological evaluation in vitro and/or in vivo was the main criterion for selection. The encouraging results collected from the in vitro and in vivo biological evaluations are outlined to highlight the potential applications of materials’ functionalization with Sr as an osteopromoting dopant in BTE.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Strontium Functionalization of Biomaterials for Bone Tissue Engineering Purposes: A Biological Point of View

et al. 2022

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“…For this reason, bone tissue engineering (BTE)—a modern therapeutical approach—is constantly being developed. Every year various bone scaffolds are designed in order to achieve products which will meet the requirements for biomaterials intended for BTE applications [ 6 , 7 , 8 , 9 ].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Could Curdlan/Whey Protein Isolate/Hydroxyapatite Biomaterials Be Considered as Promising Bone Scaffolds?—Fabrication, Characterization, and Evaluation of Cytocompatibility towards Osteoblast Cells In Vitro

Klimek

Pałka

Truszkiewicz

et al. 2022

Cells

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The number of bone fractures and cracks requiring surgical interventions increases every year; hence, there is a huge need to develop new potential bone scaffolds for bone regeneration. The goal of this study was to gain knowledge about the basic properties of novel curdlan/whey protein isolate/hydroxyapatite biomaterials in the context of their use in bone tissue engineering. The purpose of this research was also to determine whether the concentration of whey protein isolate in scaffolds has an influence on their properties. Thus, two biomaterials differing in the concentration of whey protein isolate (i.e., 25 wt.% and 35 wt.%; hereafter called Cur_WPI25_HAp and Cur_WPI35_HAp, respectively) were fabricated and subjected to evaluation of porosity, mechanical properties, swelling ability, protein release capacity, enzymatic biodegradability, bioactivity, and cytocompatibility towards osteoblasts in vitro. It was found that both biomaterials fulfilled a number of requirements for bone scaffolds, as they demonstrated limited swelling and the ability to undergo controllable enzymatic biodegradation, to form apatite layers on their surfaces and to support the viability, growth, proliferation, and differentiation of osteoblasts. On the other hand, the biomaterials were characterized by low open porosity, which may hinder the penetration of cells though their structure. Moreover, they had low mechanical properties compared to natural bone, which limits their use to filling of bone defects in non-load bearing implantation areas, e.g., in the craniofacial area, but then they will be additionally supported by application of mechanically strong materials such as titanium plates. Thus, this preliminary in vitro research indicates that biomaterials composed of curdlan, whey protein isolate, and hydroxyapatite seem promising for bone tissue engineering applications, but their porosity and mechanical properties should be improved. This will be the subject of our further work.

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“…Após implantado em sítio ósseo, um biomaterial para regeneração óssea deve interagir com o organismo receptor e favorecer os mecanismos biológicos de angiogênese, osteoindução, osteocondução e osteogênese, promovendo a formação de novo tecido no local, e, eventualmente, degradar in situ, sendo gradualmente substituído pelo novo tecido ósseo formado (GIRÓN et al, 2021). Apesar dos citados aspectos serem bem conhecidos pela ciência, ainda não se encontrou um biomaterial ideal para uso clínico.…”

Section: Biomateriais E Regeneração óSsea: Conceitos E Perspectivasunclassified

“…É neste cenário que pesquisadores buscam o desenvolvimento de biomateriais capazes de favorecer a regeneração óssea, superando as limitações dos atuais tratamentos, principalmente nas situações de extensas perdas de tecido. O interesse na temática pode ser demonstrado com uma simples busca na ferramenta pubmed.gov, que apresenta cerca de dez mil publicações abrangendo "biomaterials and bone regeneration", nos últimos dez anos (NCBI, 2022).Após implantado em sítio ósseo, um biomaterial para regeneração óssea deve interagir com o organismo receptor e favorecer os mecanismos biológicos de angiogênese, osteoindução, osteocondução e osteogênese, promovendo a formação de novo tecido no local, e, eventualmente, degradar in situ, sendo gradualmente substituído pelo novo tecido ósseo formado (GIRÓN et al, 2021). Apesar dos citados aspectos serem bem conhecidos pela ciência, ainda não se encontrou um biomaterial ideal para uso clínico.…”

unclassified

Biomateriais e regeneração óssea

Monção

2022

cmbio

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Biomateriais e regeneração óssea: conceitos e perspectivasA complexidade do corpo humano é expressa em sua organização, eficiência das funções vitais e diferentes belezas. De fato, a natureza privilegiou o ser humano em vários aspectos, como ter o corpo edificado sobre um sistema sólido, composto pelos ossos, que sustenta, protege, possibilita movimentos e serve como reserva mineral. Além de fornecer suporte estrutural, estudos in vivo demonstram que o osso é uma estrutura biológica versátil, partícipe dos complexos processos interativos entre órgãos e sistemas, que incluiu, entre os quais, o cérebro, rins e pâncreas (DU et al., 2021). Deveras, constatações científicas e estéticas coloca o tecido ósseo entre os tecidos mais estudados atualmente.Embora rígido, o osso é constituído de tecido vivo extremante dinâmico, com capacidade regenerativa. Todavia, traumas, infecções, tumores, e outras causas, podem provocar extensas perdas de tecido impossibilitando a regeneração espontânea. Dessa forma, considerando a importância do tecido ósseo para o organismo, o desafio que se impõe é que perdas ósseas sejam reparadas por meio da regeneração tecidual, com objetivo de manter suas funções (SHAO et al., 2022). É neste cenário que pesquisadores buscam o desenvolvimento de biomateriais capazes de favorecer a regeneração óssea, superando as limitações dos atuais tratamentos, principalmente nas situações de extensas perdas de tecido. O interesse na temática pode ser demonstrado com uma simples busca na ferramenta pubmed.gov, que apresenta cerca de dez mil publicações abrangendo "biomaterials and bone regeneration", nos últimos dez anos (NCBI, 2022).Após implantado em sítio ósseo, um biomaterial para regeneração óssea deve interagir com o organismo receptor e favorecer os mecanismos biológicos de angiogênese, osteoindução, osteocondução e osteogênese, promovendo a formação de novo tecido no local, e, eventualmente, degradar in situ, sendo gradualmente substituído pelo novo tecido ósseo formado (GIRÓN et al., 2021). Apesar dos citados aspectos serem bem conhecidos pela ciência, ainda não se encontrou um biomaterial ideal para uso clínico. Sendo assim, novas propostas de biomateriais para regeneração óssea se espelham na composição e estrutura do tecido ósseo nativo, com maior interesse naqueles que apresentam comportamento de dissolução, biodegradação e biorreabsorção em meio biológico adequado à dinâmica de formação do novo tecido ósseo.Ademais, melhores desempenhos para regeneração óssea são reportados em estudos que empregam biomateriais que imitam o microambiente in vivo em sítio ósseo. Para tanto, são empregadas tecnologias de fabricação que possibilitam maior controle da arquitetura e morfologia do biomaterial, por exemplo, produção de scaffolds resultando em características que mimetizam a matriz extracelular (porosidade, rugosidade, energia superficial, e outras), determinando a interação do biomaterial com o organismo receptor, promovendo maior estabilidade após implante, viabilidade, fixação e proliferação celular, vasc...

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Biomaterials for bone regeneration: an orthopedic and dentistry overview

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Strontium Functionalization of Biomaterials for Bone Tissue Engineering Purposes: A Biological Point of View

Strontium Functionalization of Biomaterials for Bone Tissue Engineering Purposes: A Biological Point of View

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Biomateriais e regeneração óssea

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