Cytocompatibility of silica-modified PLGA/PLLA biomaterials for bone tissue regeneration

Zastosowanie rusztowań poliestrowych jako biomateriałów dla regeneracji tkanki kostnej jest szeroko podejmowanym tematem badawczym. Udowodniono, że zastosowanie ceramicznych napełniaczy wpływa na poprawę cytokompatybilności, wytrzymałości mechanicznej oraz możliwości kontroli degradacji materiałów poliestrowych. W niniejszej pracy poddano obserwacjom in vitro kopolimer poli(kwasu-D,L-mlekowego-ko-glikolowego) (PLGA/PLLA) z domieszką poli(L,L-laktydu) (PLLA) modyfikowany krzemionką – jako potencjalny materiał na rusztowania do regeneracji tkanki kostnej. W siódmym dniu hodowli na badanym materiale zaobserwowano wysoką przeżywalność ludzkich komórek osteogennych oraz podwyższoną aktywność fosfatazy zasadowej w stosunku do hodowli kontrolnej, tj. na powierzchni standardowego polistyrenowego naczynia hodowlanego. Prawidłową adhezję i rozpłaszczenie komórek na badanym podłożu potwierdzono przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego. Długotrwała obserwacja in vitro została przerwana w trzynastym dniu hodowli ze względu na nagłe uwolnienie kwaśnych produktów końcowych degradacji materiału, które spowodowało śmierć komórek. Należy zatem brać pod uwagę, że ze względu na specyfikę hydrolizy poliestrów w przypadku litych podłoży może następować nagromadzenie produktów degradacji wewnątrz materiału, a następnie ich erupcja skutkująca gwałtownym zakwaszeniem pożywki. Biorąc pod uwagę możliwość uniknięcia tego efektu przy zastosowaniu odpowiedniej architektury rusztowań z badanego materiału i zadowalające wyniki uzyskane w niniejszej pracy, postulujemy, iż materiał PLGA/ PLLA modyfikowany krzemionką może służyć jako odpowiednie podłoże dla ludzkich komórek osteogennych w warunkach in vitro.Polyester scaffolds are widely investigated as biomaterials for bone tissue regeneration. Several ceramic fillers were proved to improve their cytocompatibility, mechanical strength and the control over their degradation. In this study, poly(L-lactide) mixed with poly(lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA/PLLA), modified with silica filler, was investigated as a candidate material for scaffolds for bone tissue regeneration. Human bone derived cells were observed in a culture on solid disks prepared from the examined material. Cell number and viability was found to be satisfying and alkaline phosphatase activity was even higher comparing to the control (cells cultured on tissue culture polystyrene) after 7 days of culture. Cell adhesion and spreading was confirmed with a scanning electron microscope. The prolonged in vitro culture was inhibited on day 13 due to a sudden release of acidic end-products of the material degradation, which was lethal for the cells. It is postulated that silica modified PLGA/PLLA may serve as a satisfactory support for human bone cells in vitro. However, if the material is used in bulk form, the accumulation of the degradation products within the material, followed by a rapid acidification of the culture medium, should be taken into account. This phenomenon is harmful for the cells, but it may probably be avoided by using appropriate scaffold architecture