Silk as a potential candidate for bone tissue engineering

Mottaghitalab, Fatemeh; Hosseinkhani, Hossein; Shokrgozar, Mohammad Ali; Mao, Chuanbin; Yang, Mingying; Farokhi, Mehdi

doi:10.1016/j.jconrel.2015.07.031

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“…[11] Among many polymer materials, silk fibroin (SF), a natural protein fiber, showed significant potential for BTE because of its impressive biocompatibility, strong mechanical properties, minimal/nonimmunogenicity, and tunable biodegradability. [12][13][14] SF is also an FDA approved material for some biomedical devices (e.g., sutures) indicating its safety to a human body. [15,16] Many forms of SF biomaterials including films, electrospun nanofibers, sponges, and hydrogels have been developed and explored as scaffolds for bone regeneration.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…[9,10] Designing a material that can be injected in the gel form and reformed to fit a desired geometry of bone defect while possessing similar mechanical properties before and after injection can potentially address this issue. [12][13][14] SF is also an FDA approved material for some biomedical devices (e.g., sutures) indicating its safety to a human body. [11] Among many polymer materials, silk fibroin (SF), a natural protein fiber, showed significant potential for BTE because of its impressive biocompatibility, strong mechanical properties, minimal/nonimmunogenicity, and tunable biodegradability.…”

mentioning

confidence: 99%

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Self‐Healing Silk Fibroin‐Based Hydrogel for Bone Regeneration: Dynamic Metal‐Ligand Self‐Assembly Approach

Shi

Wang

Zhu

et al. 2017

Adv Funct Materials

221

169

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Despite advances in the development of silk fibroin (SF)-based hydrogels, current methods for SF gelation show significant limitations such as lack of reversible crosslinking, use of nonphysiological conditions, and difficulties in controlling gelation time. In the present study, a strategy based on dynamic metal-ligand coordination chemistry is developed to assemble SF-based hydrogel under physiological conditions between SF microfibers (mSF) and a polysaccharide binder. The presented SF-based hydrogel exhibits shearthinning and autonomous self-healing properties, thereby enabling the filling of irregularly shaped tissue defects without gel fragmentation. A biomineralization approach is used to generate calcium phosphate-coated mSF, which is chelated by bisphosphonate ligands of the binder to form reversible crosslinkages. Robust dually crosslinked (DC) hydrogel is obtained through photopolymerization of acrylamide groups of the binder. DC SF-based hydrogel supports stem cell proliferation in vitro and accelerates bone regeneration in cranial critical size defects without any additional morphogenes delivered. The developed self-healing and photopolymerizable SF-based hydrogel possesses significant potential for bone regeneration application with the advantages of injectability and fit-to-shape molding.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

mentioning

confidence: 99%

Self‐Healing Silk Fibroin‐Based Hydrogel for Bone Regeneration: Dynamic Metal‐Ligand Self‐Assembly Approach

Shi

Wang

Zhu

et al. 2017

Adv Funct Materials

221

169

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“…In recent years, biomaterials derived from vegetable proteins have attracted enormous attention as a critical component in functional polymer blends, with intended applications for commodity products, electronics, biomedical, and bio‐engineering applications, etc. Soy protein, as one of the low cost and abundant natural resources, have been widely studied.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effective structure regulation of poly(vinylidene fluoride) via soy protein isolate: A morphological study

Zheng¹,

Cox²,

Li³

2018

J of Applied Polymer Sci

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The microstructures of poly(vinylidene fluoride) (PVDF)/soy protein isolate (SPI) films were successfully modulated via denatured SPIs. While vegetable proteins have been extensively researched as functional biomaterials in fabrication of polymer blends, the diverse polymer‐protein interactions because of complex protein structures have not received sufficient attention. In this study, the PVDF‐SPI interactions were tuned by different denaturation treatments including heat, sonication, and chemical denaturation by 2‐mercaptoethanol and sodium dodecyl sulfate, respectively. Phase morphologies, crystal structures of PVDF, and secondary structures of SPI were analyzed by scanning electron microscope, fluorescence imaging, X‐ray diffraction, and Fourier transformed infrared spectroscopy. While 90 °C denaturation and sodium dodecyl sulfate led to nonporous structures, all other denatured SPIs produced distinctive porous structures. The crystallinity of PVDF was reduced to different degrees, depending on the denaturation of SPI. The distinctive microstructures of PVDF/SPI films indicated the diversity of PVDF‐SPI interactions and its importance in functional polymer/protein blends. © 2018 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2018, 134, 46706

show abstract

“…Durante o processo de purificação dos casulos, a sericina é removida devido à possibilidade de gerar respostas imunes ao corpo humano, embora alguns pesquisadores reportem que a sericina auxilia na proliferação celular e na melhoria de feridas causadas por queimaduras. Uma vez que a sericina é removida, a fibroína de seda dissolvida pode ser processada em diferentes estruturas, como mostrado na Figura 5B(ROCKWOOD et al, 2011;MOTTAGHITALAB et al, 2015).Figura 5 -(A) Seda: Origem e composição (B) Diferentes estruturas possíveis para fibroína de seda Fonte: adaptado de Koh et al (2015) e Rockwood et al (2011)A fibroína de seda (FS) é um copolímero composto por duas cadeias, uma de baixa massa molecular (~26 kDa), e a outra de alta massa molecular (~390 kDa), ligadas por ligações de dissulfeto na terminação -C das cadeias de alta massa molecular. A cadeia de alta massa molecular, hidrofóbica, é uma sequência repetitiva de glicina (GLY)-alanina (ALA)serina (SER), formada por folhas cristalinas (folhas-ß) que conferem a resistência mecânica (Figura 6).…”

unclassified

“…A sequência das cadeias de baixa massa molecular não é repetitiva, é hidrofílica e apresenta baixa cristalinidade. Na Figura 6 encontra-se o esquema da sequência de amino ácidos presentes na cadeia de alta massa molecular (ROCKWOOD et al, 2011;MANDAL et al, 2012;MOTTAGHITALAB et al, 2015). Figura 6 -Sequência de amino ácidos da cadeia de alta massa molecular da FS As três estruturas cristalinas presentes na fibroína de seda são do tipo I, II e III.…”

unclassified

Obtenção e caracterização de biocompósitos formados a partir de hidroxiapatita sintética e fibroína de seda na forma de blocos para enxerto ósseo

Vieira¹,

Yoshioka²

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Obtenção e caracterização de biocompósitos formados a partir de hidroxiapatita sintética e fibroína de seda na forma de blocos para enxerto ósseo SÃO CARLOS 2018 RESUMO VIEIRA, D. Obtenção e caracterização de biocompósitos formados a partir de hidroxiapatita sintética e fibroína de seda na forma de blocos para enxerto ósseo. 2018. 68 f. Dissertação (Mestrado) -Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2018.Biomateriais que promovem e auxiliam a regeneração óssea vêm ganhando grande visibilidade em pesquisas na área de engenharia tecidual, em destaque os biocompósitos a partir de cerâmicas e polímeros. Muitos desafios abrangem essa área de pesquisa, sendo o principal, criar um material que mais se assemelha ao osso, não só em sua resistência mecânica, mas também em sua bioatividade e porosidade. Esse projeto tem como foco o desenvolvimento e processamento de blocos de biocompósito formados a partir de hidroxiapatita (HAp) e fibroína de seda (FS). A fibroína de seda, obtida a partir dos casulos do bicho-da-seda, foi lavada em solução de carbonato de sódio com concentração de 5% por 30 minutos. Sua dissolução foi realizada através de solução ternária contendo cloreto de cálcio, etanol e água, na proporção molar de 1:2:8. A HAp foi co-precipitada na FS dissolvida em solução ternária através de solução de fosfato (Na2HPO4) sob agitação constante. Os blocos foram prensados manualmente e avaliou-se sua morfologia, relação Ca/P e absorção de líquido definindo a melhor proporção de %HAp e %FS. Após a determinação da proporção 75%HAp e 25% FS, os blocos foram conformados em prensa hidráulica com pressões fixas de 50 e 100 MPa. As características morfológicas foram avaliadas através de análises de MEV, porosidade, absorção de líquidos, microtomografia computadorizada (µ-CT) e medição da área superficial específica (BET). As características químicas e estruturais foram analisadas por EDS, FTIR, TGA e DRX. Além disso, avaliou-se a resistência à compressão, a bioatividade e a citotoxicidade do biocompósito. Os resultados mostram que o biocompósito estudado apresenta características químicas e estruturais próxima ao osso trabecular, resistência à compressão entre 2 e 10MPa e porosidade entre 30% e 70%, é biocompatível e possui capacidade de formação de apatita. O biomaterial em estudo apresenta-se como uma boa perspectiva na área de engenharia tecidual óssea. Palavras-chaves: Biocompósito, fibroína de seda, hidroxiapatita, regeneração óssea, engenharia de tecido. ABSTRACT VIEIRA, D. Obtainance and characterization of biocomposites prepared from synthetic hydroxyapatite and silk fibroin in form of blocks for bone grafting. 2018. 68 f. Dissertation (Master) -São Carlos School of Engineering, Ribeirão Preto Medical School and São Carlos Institute of Chemistry, University of São Paulo, São Carlos, 2018.Biomaterials that promote and aid bone regeneration have gained great visibility in tissue engineering research, with emphasis on biocomposites from ceramics and polymers.Many challenges cover this ar...

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Silk as a potential candidate for bone tissue engineering

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Self‐Healing Silk Fibroin‐Based Hydrogel for Bone Regeneration: Dynamic Metal‐Ligand Self‐Assembly Approach

Self‐Healing Silk Fibroin‐Based Hydrogel for Bone Regeneration: Dynamic Metal‐Ligand Self‐Assembly Approach

Effective structure regulation of poly(vinylidene fluoride) via soy protein isolate: A morphological study

Obtenção e caracterização de biocompósitos formados a partir de hidroxiapatita sintética e fibroína de seda na forma de blocos para enxerto ósseo

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