Fast dissolving glucose porogens for early calcium phosphate cement degradation and bone regeneration

Abstract

Here, we demonstrate the in vivo efficacy of glucose microparticles (GMPs) to serve as porogens within calcium phosphate cements (CPCs) to obtain a fast-degrading bone substitute material. Composites were fabricated incorporating 20 wt% GMPs at two different GMP size ranges (100–150 μm (GMP-S) and 150–300 μm (GMP-L)), while CPC containing 20 wt% poly(lactic-co-glycolic acid) microparticles (PLGA) and plain CPC served as controls. After 2 and 8 weeks implantation in a rat femoral condyle defect model, specimens were retrieved and analyzed for material degradation and bone formation. Histologically, no adverse tissue response to any of the CPC-formulations was observed. All CPC-porogen formulations showed faster degradation compared to plain CPC control, but only GMP-containing formulations showed higher amounts of new bone formation compared to plain CPC controls. After 8 weeks, only CPC-porogen formulations with GMP-S or PLGA porogens showed higher degradation compared to plain CPC controls. Overall, the inclusion of GMPs into CPCs resulted in a macroporous structure that initially accelerated the generation of new bone. These findings highlight the efficacy of a novel approach that leverages simple porogen properties to generate porous CPCs with distinct degradation and bone regeneration profiles.

Sudoku of porous, injectable calcium phosphate cements – Path to osteoinductivity

“…Porosity and pore sizes adjustable by changing weight percent and particle size of glucose. [ 120 , 121 ] Polivinylalcohol Increased setting time, improved stability of the cement paste during storage, improved cohesion properties and injectability [ 106 ] Poly(ethylene glycol) (PEG) Porogen. Pore sizes determined by the size of PEG [ 56 ] Poly(D,L-lactic- co -glycolic acid) Porogen.…”

Materials based o tricalcium phosphate as bone defects substitute (literature review)

“…В експериментах на кролях доведено, що це сприяє проростанню кісткової тканини не лише по периферії імплантата, а й у його центральну частину з остаточним обсягом КФЦ 55 % через 26 тижнів після імплантації в стегнову кістку [39]. Пористість також може бути збільшена шляхом використання спінювальних агентів [40], кислого розчину фосфату кальцію [41], глюкози [42] тощо. Проте домішки можуть впливати на фізико-хімічні характеристики КФЦ, змінюючи період схоплення, в'язкість, міцність на стиск, а також властивості біодеградації, остеоінтеграції, остеоіндукції.…”

“…Гістологічно не було виявлено несприятливої відповіді з боку кістки на їхнє введення. Проте швидкість утворення кістки залежала від складу цементу: лише в разі використання мікрочасточок глюкози меншого розміру зафіксовано збільшення кількості кістки через 2 тижні після операції порівняно з чистим α-ТКФ [42]. Найбільш вдалим для поєднання здатності до біодеградації та армування матеріалу деякі автори вважають кристали ГА, які є основою біоапатиту.…”

Development of highly porous calcium phosphate bone cements applying nonionic surface active agents

“…Porogens addition is a common way to obtain porosity in bone cements. 10,11 Smith et al 12 have applied glucose as a porogen which led to the increased porosity and faster degradation of the resulting cement. Sariibrahimoglu et al 13 tried to introduce the macroporosity to CPCs by the addition of porogens such as PLGA and glucono-delta-lactone (GDL).…”