elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

Mechanically Strong Silica-Silk Fibroin Bioaerogel: A Hybrid Scaffold with Ordered Honeycomb Micromorphology and Multiscale Porosity for Bone Regeneration

Maleki, Hajar und Susan, Montes und Mohammad-Ali, Shahbazi und Hojjat Hosseini, Seyed und Reza Eskandari, Mohammad und Zaunschirm, Stefan und Verwanger, Thomas und Mathur, Sanjay und Milow, Barbara und Krammer, Barbara und Hüsing, Nicola (2019) Mechanically Strong Silica-Silk Fibroin Bioaerogel: A Hybrid Scaffold with Ordered Honeycomb Micromorphology and Multiscale Porosity for Bone Regeneration. ACS Applied Materials and Interfaces. American Chemical society (ACS). doi: 10.1021/acsami.9b04283. ISSN 1944-8244.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Postprintversion (akzeptierte Manuskriptversion)
8MB

Kurzfassung

Due to the synergic feature of individual components in hybrid (nano)biomaterials, their application in regenerative medicine has drawn a significant attention. Aiming to address all the current challenges of aerogel as a potent scaffold in bone tissue engineering application, we adopted a novel synthesis approach to synergistically improve the pore size regime and mechanical strength in the aerogel. The 3D aerogel scaffold in this study has been synthesized through a versatile one-pot aqueous based sol-gel hybridization/assembly of organosilane tetraethylorthosilicate, TEOS) and silk fibroin (SF) biopolymer followed by unidirectional freeze casting the as-prepared hybrid gel and supercritical drying. The developed ultra-light silica-SF aerogel hybrids demonstrated a hierarchically organized porous structure with interesting honeycomb shaped micromorphology and microstructural alignment (anisotropy) in varied length scales. The average macropore size of hybrid aerogel lied in 0.5-18 micrometer and was systematically controlled with freezecasting conditions. Together with high porosity (91-94%), high Youngs modulus (~ 4-7 MPa, > 3 order of magnitude improvement compared to their pristine aerogel counterparts), and bone-type anisotropy in the mechanical compressive behaviour, the silica-SF hybrid aerogel of this study acted as a very competent scaffold for bone tissue formation. Namely, the results of in vitro assessments revealed that silica-SF aerogel is not only cytocompatible and non-hemolytic but also acted as an open porous microenvironment to trigger the osteoblast cells attachment, growth and proliferation on its surface within 14 days of incubation. Moreover, in order to support the in vitro results, in vivo bone formation within the aerogels implant in the bone defect site has been studied. The X-ray radiology and micro-CT analyses confirmed a significant new bone tissue density formed in the defect site within 25days of implantation. Also, in vivo toxicology studies showed a zero-toxic impact of aerogel implant on the blood biochemical and hematological parameters. Finally, the study clearly shows the potential of aerogel as a bioactive and osteoconductive open porous cellular matrix for successful osseointegration process.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/127256/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Mechanically Strong Silica-Silk Fibroin Bioaerogel: A Hybrid Scaffold with Ordered Honeycomb Micromorphology and Multiscale Porosity for Bone Regeneration
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Maleki, Hajarh.maleki (at) uni-koeln.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Susan, MontesDepartment of Chemistry and Physics of Materials, Paris-Lodron University of Salzburg, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mohammad-Ali, ShahbaziDepartment of Micro‐ and Nanotechnology, Technical University of Denmark, DK‐2800NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hojjat Hosseini, SeyedDepartment of Pharmacology, School of Medicine, Zanjan University of MedicalNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reza Eskandari, MohammadDepartment of Pharmacology and Toxicology, School of Pharmacy, Zanjan University ofNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zaunschirm, StefanUniversity of Applied Sciences Upper Austria, Franz-Fritsch-Straße 11, 4600, Wels, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verwanger, ThomasDepartment of Biosciences, Paris-Lodron University Salzburg, Hellbrunnerstr. 34, 5020, Salzburg, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mathur, Sanjaysanjay.mathur (at) uni-koeln.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Milow, BarbaraBarbara.Milow (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6350-7728NICHT SPEZIFIZIERT
Krammer, BarbaraUniversity of Applied Sciences Upper Austria, Franz-Fritsch-Straße 11, 4600, Wels, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hüsing, NicolaNicola.Huesing (at) sbg.ac.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 April 2019
Erschienen in:ACS Applied Materials and Interfaces
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1021/acsami.9b04283
Verlag:American Chemical society (ACS)
ISSN:1944-8244
Status:veröffentlicht
Stichwörter:silica, silk fibroin, hybrid aerogel, sol-gel, bone tissue engineering
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGC Fahrzeugstruktur II (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Aerogele
Hinterlegt von: Milow, Dr. Barbara
Hinterlegt am:19 Jan 2021 07:22
Letzte Änderung:14 Jun 2023 14:15

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.