Intrinsic cross-linking of biomimetic glycosaminoglycan-based surface coatings for control of BMP-2 activity towards osteogenesis of cells

Abstract

Bone fractures that fail to heal after a prolonged period are known as non-healing unions. Bolus injections of soluble bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) are rapidly cleared-off and lose their activity. Hence, high dosages are needed; resulting in inflammation, increased cancer incidence and ectopic bone formation, in addition to the high costs of the treatment. This study aims to fabricate extracellular matrix-like surface coatings with intrinsic cross-linking property that enables the control and delivery of BMP-2 to cells, in its active matrix-bound state, in order to promote osteogenesis. The glycosaminoglycans; heparin, chondroitin-sulfate and hyaluronic acid were combined with either chitosan or Collagen I to fabricate multilayers using layer-by-layer technique. Overall, intrinsically cross-linked multilayers represented successful efficient candidates to be used as biomimetic surface coatings and growth factors delivery systems for tissue regeneration applications.

Knochenbrüche, die nach längerer Zeit nicht heilen, werden als nicht heilende Verbände bezeichnet. Bolusinjektionen von löslichem knochenmorphogenetischem Protein-2 (BMP-2) werden schnell wieder abgebaut und verlieren ihre Wirkung. Daher sind hohe Dosierungen erforderlich, die neben den hohen Behandlungskosten zu Entzündungen, erhöhter Krebsinzidenz und ektopischer Knochenbildung führen. In dieser Studie sollen extrazelluläre matrixähnliche Oberflächenbeschichtungen mit intrinsischer Vernetzungseigenschaft hergestellt werden, die die Kontrolle und Abgabe von BMP-2 an Zellen in seinem aktiven, matrixgebundenen Zustand ermöglichen, um die Osteogenese zu fördern. Die Glykosaminoglykane Heparin, Chondroitinsulfat und Hyaluronsäure wurden entweder mit Chitosan oder Kollagen I kombiniert, um Multischichten mit der Layer-by-Layer-Technik herzustellen. Insgesamt waren die intrinsisch vernetzten Multischichten erfolgreiche und effiziente Kandidaten für biomimetische Oberflächenbeschichtungen und Wachstumsfaktoren Delivery-Systeme für Geweberegenerationsanwendungen.