Enhancing bone tissue regeneration with rGO-coated Si-Ca-P bioceramic scaffold

Abstract

Ceramic-based bone graft substitutes have been extensively studied for bone tissue engineering, due to their biocompatibility and osteoconductivity. Additionally, several studies have shown how graphene and its derivatives, due to their unique properties, can strongly promote cell adhesion, by enhance cellular adherence, proliferation, and osteoblast differentiation, and how graphene-based materials can promote spontaneous osteoblastic differentiation. The aim of this study was the use of a calcium silicophosphate ceramic, previously prepared in our laboratory, that presents excellent in vitro bioactivity, optimizing its operation by rGO coating. After coating with rGO any significant differences were observed in diffraction peaks from starting calcium silicophosphate ceramic, and SEM analysis showed a rough and undulating surface that favored a high specific surface area for promoting cell adhesion, proliferation and differentiation of cells. It could be confirmed by in vitro cell cultured with ahMSCs, showing adhesion and growing for cells with interconnected filaments extending over the surface, covering it after 7 days. Resumen: Los sustitutos cerámicos para injertos óseos han sido estudiados ampliamente en ingeniería de tejidos debido a su biocompatibilidad y osteoconductividad. Además, varios estudios han demostrado cómo el grafeno y sus derivados, por sus propiedades únicas, pueden favorecer activamente la adhesión celular al mejorar la adherencia celular, la proliferación y la diferenciación de osteoblastos, y cómo los biomateriales basados en grafeno pueden promover la diferenciación osteoblástica espontánea. El objetivo de este estudio fue el uso de una cerámica de silicofosfato de calcio, previamente preparada en nuestro laboratorio, que presenta excelente bioactividad in vitro, optimizando su funcionamiento por recubrimiento con grafeno reducido. Tras el recubrimiento con rGO no se observaron diferencias significativas en los picos de difracción de la cerámica de silicofosfato de calcio de partida, y el análisis SEM mostró una superficie rugosa y ondulada que favorecía una superficie específica alta para promover la adhesión celular, la proliferación y la diferenciación de las células. Este hecho fue confirmado mediante cultivo celular in vitro con ahMSCs, observándose adhesión y crecimiento de células con filamentos interconectados que se extendían sobre la superficie, cubriéndola completamente tras 7 días.

Keywords

• Biocerámica
• Grafeno reducido
• Osteoconductividad