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El grafeno ha encontrado aplicaciones generalizadas en el campo de la ingeniería del tejido óseo. debido a sus favorables propiedades físicas y biológicas. Además, las propiedades únicas del grafeno, incluida la alta área de superficie y la flexibilidad en la funcionalización de la superficie, lo convierten en un candidato potencial para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos.
Estudio: Estroncio decorado con grafeno funcionalizado con albúmina sérica bovina como nanopartícula compleja potente para la ingeniería de tejido óseo. Crédito: Iaremenko Sergii/Shutterstock.com
Un artículo reciente publicado en Scientific Reports analizó un método novedoso para sintetizar y decorar nanopartículas de estroncio (Sr) en la superficie de óxido de grafeno (GO) a través de un proceso de reducción utilizando albúmina de suero bovino (BSA) para sus aplicaciones en ingeniería de tejido óseo.
Las nanoláminas obtenidas se caracterizaron mediante técnicas de espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis), infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (XRD) y espectroscopia Raman, y los resultados mostraron que la BSA puede reducir con éxito el GO, lo que facilita la decoración. de nanopartículas de Sr sobre el GO reducido (rGO).
La microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM) confirmaron que las nanopartículas de estroncio tenían un diámetro de 25 a 30 nanómetros. Además, las células MC3T3-E1 mostraron una mayor viabilidad celular cuando se trataron con nanopartículas de estroncio basadas en nanoláminas rGO en comparación con las tratadas con GO y BSA-rGO a una concentración constante.
Además, la actividad de fosfatasa alcalina (ALP) de las nanopartículas de Sr basadas en nanoláminas BSA-rGO fue mayor que la de GO y BSA-rGO. La expresión de los genes Col1 y RUNX 2 de las células MC3T3-E1 aumentó cuando se trataron con nanopartículas de Sr basadas en nanoláminas BSA-rGO. Por lo tanto, el presente estudio mostró que las nanopartículas de Sr basadas en nanoláminas BSA-rGO pueden regenerar tejido en la ingeniería de tejido óseo.
Nanomateriales para ingeniería de tejido óseo
El campo de la ingeniería del tejido óseo se convirtió en el centro de atención hace casi tres décadas. Ha habido enormes avances en la ingeniería del tejido óseo con un aumento exponencial de la investigación. Bone Tissue Engineering se centra en opciones de tratamiento alternativas para abordar los problemas de los tratamientos utilizados clínicamente, como la morbilidad del sitio donante, la disponibilidad limitada, el rechazo inmunitario y la transmisión de patógenos.
La ingeniería de tejido óseo requiere la colaboración de científicos, ingenieros y cirujanos para lograr este objetivo de producir injertos óseos que mejoren la reparación y regeneración ósea. Los avances en nanotecnología han llevado al desarrollo de varios nanodispositivos y nanosistemas novedosos basados en el diseño y la integración de nanomateriales funcionalizados.
Para ello, se utilizan derivados de la familia del grafeno para crear nanobiomateriales sintéticos. Las nanoláminas GO son la versión hidrofílica de las láminas de grafeno derivadas de sp2 átomos de carbono hibridados. Por otro lado, con sitios de reacción altos y toxicidad mínima, rGO es biocompatible y puede exhibir una mayor capacidad osteogénica, lo cual es fundamental en la ingeniería de tejido óseo.
La gran superficie de las nanoláminas de grafeno facilita la síntesis de nanopartículas de Sr en la superficie del grafeno mediante la reducción simultánea de nanopartículas de GO y Sr. Además, estudios previos han demostrado que las nanopartículas de Sr basadas en nanoláminas BSA-rGO podrían usarse en la ingeniería de tejido óseo debido a la mayor resistencia del grafeno.
Nanopartículas de Sr decoradas con grafeno funcionalizadas con BSA para ingeniería de tejido óseo
En el presente trabajo, la reducción simultánea basada en BSA de GO y nitrato de Sr dio como resultado nanoláminas de grafeno decoradas con nanopartículas de Sr, que pueden usarse en ingeniería de tejido óseo. En estas nanoláminas, las nanopartículas de Sr se decoraron en la superficie de las nanoláminas de rGO, y la BSA utilizada para la reducción actúa como un obstáculo estérico al bloquear el reapilamiento de las nanoláminas de rGO después de la reducción.
La presencia de nanopartículas de Sr en la superficie de rGO se confirmó mediante diferentes métodos. Dado que ALP es un factor importante en la ingeniería de tejido óseo, se estudió el efecto de las nanopartículas de Sr basadas en nanoláminas BSA-rGO sobre la proliferación de líneas celulares de osteoblastos y la actividad de ALP para comprender el potencial de las nanoláminas fabricadas. Además, las expresiones génicas de COL1 y RUNX2 se confirmaron mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en tiempo real.
El espectro UV-Vis mostró los picos característicos de GO a 225 y 310 nanómetros, que se atribuyen a interacciones π-π y n-π, respectivamente. Además, en rGO, el pico a 232 nanómetros cambió a 260 nanómetros y la intensidad del pico a 310 nanómetros disminuyó significativamente.
Los espectros FTIR de GO mostraron picos a 3386, 1728 y 1615 cm inversos correspondientes a enlaces hidroxilo (OH), carbonilo (C=O) y alqueno (C=C). Los picos a 1050 y 1224 cm corresponden inversamente a la vibración de estiramiento del CO, mientras que los picos a 1376 cm confirman inversamente la vibración de flexión del CO.
Por otro lado, los espectros rGO FTIR mostraron un pico a 630 cm inverso correspondiente a la vibración mixta de amida (O=C-NH), confirmando la unión de BSA al compuesto GO. Un nuevo pico a 2850 centímetros corresponde inversamente a estiramientos de CH en el grupo funcional metileno de BSA.
Conclusión
En conclusión, se demostró un enfoque sencillo para la síntesis mediada por BSA de nanoláminas de rGO decoradas con nanopartículas de Sr para su aplicación en la ingeniería de tejido óseo. Los resultados de la espectroscopia Raman, UV-Vis, XRD y FTIR confirmaron el papel de la BSA en la reducción y decoración de las nanopartículas de Sr en la superficie de las nanoláminas rGO.
Además, las imágenes FESEM y TEM confirmaron la deposición de nanopartículas de Sr en BSA-rGO. La actividad ALP, que es un factor importante para la ingeniería del tejido óseo, fue mayor en las células MC3T3-E1 tratadas con nanoláminas rGO basadas en nanopartículas Sr que en BSA-rGO y GO.
Además, las nanopartículas de Sr basadas en nanoláminas BSA-rGO mostraron una mejor viabilidad celular que BSA-rGO y GO durante 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]Ensayo de bromuro de -2,5-difeniltetrazolio (MTT). El presente trabajo demostró así un nuevo enfoque para la aplicación de nanomateriales en el campo de la ingeniería de tejido óseo.
Relación
Akbari, H., Askari, E., Naghib, SM, Salehi, Z. (2022) El estroncio decorado con grafeno funcionalizado con albúmina sérica bovina como una potente nanopartícula compleja para la ingeniería de tejido óseo. Informes científicos. https://www.nature.com/articles/s41598-022-16568-7
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