Extracellular matrix-inspired surface coatings functionalized with cargo lipids as a delivery system to induce osteo- and chondrogenesis

Abstract

Biomimetic surface coatings can be combined with conventional implants to mimic the extracellular matrix (ECM) of the surrounding tissue to make them more biocompatible. The layer-by-layer technique can be used for making surface coatings by alternating the adsorption of polyelectrolytes from aqueous solutions to form polyelectrolyte multilayers (PEM). In addition, cationic liposomes composed of OO4 and DOPE are promising systems for drug delivery and transfection system. Hence, two different approaches were combined to develop a functionalized surface coating: (i) a PEM surface coating that mimics the natural ECM of connective tissue by a combination of collagen type I and glycosaminoglycans such as chondroitin sulfate or hyaluronic acid and (ii) the immobilization of cargo-loaded liposomes using dexamethasone or lipoplexes with pDNA-BMP2 plasmid inducing osteogenesis for implant coating in the field of bone regeneration.

Biomimetische Oberflächenbeschichtungen können mit herkömmlichen Implantaten kombiniert werden, um die extrazelluläre Matrix (ECM) des umgebenden Gewebes nachzuahmen und sie biokompatibler zu machen. Layer-by-Layer-Technik kann zur Herstellung von Oberflächenbeschichtungen verwendet werden, indem Polyelektrolyte abwechselnd adsorbiert werden, um Polyelektrolyt-Multischichten (PEM) zu bilden. Darüber hinaus sind kationische Liposomen, die aus OO4 und DOPE bestehen, vielversprechende Systeme für die Verabreichung von Arzneimitteln und für Transfektionssysteme. Daher wurden zwei verschiedene Ansätze kombiniert, um eine funktionalisierte Oberflächenbeschichtung zu entwickeln: (i) eine PEM, die ECM des Bindegewebes durch eine Kombination von Kollagen Typ I und Chondroitinsulfat oder Hyaluronsäure nachahmt, und (ii) die Immobilisierung von frachtbeladenen Liposomen unter Verwendung Dexamethason oder lipoplexes von pDNA-BMP2 für die Implantatbeschichtung im Bereich der Knochenregeneration.