Published August 24, 2018 | Version v1
Publication Open

Comprehensive in vitro and in vivo studies of novel melt-derived Nb-substituted 45S5 bioglass reveal its enhanced bioactive properties for bone healing

Creators

  • 1. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
  • 2. Aston University

Description

Abstract The present work presents and discusses the results of a comprehensive study on the bioactive properties of Nb-substituted silicate glass derived from 45S5 bioglass. In vitro and in vivo experiments were performed. We undertook three different types of in vitro analyses: (i) investigation of the kinetics of chemical reactivity and the bioactivity of Nb-substituted glass in simulated body fluid (SBF) by 31 P MASNMR spectroscopy, (ii) determination of ionic leaching profiles in buffered solution by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), and (iii) assessment of the compatibility and osteogenic differentiation of human embryonic stem cells (hESCs) treated with dissolution products of different compositions of Nb-substituted glass. The results revealed that Nb-substituted glass is not toxic to hESCs. Moreover, adding up to 1.3 mol% of Nb 2 O 5 to 45S5 bioglass significantly enhanced its osteogenic capacity. For the in vivo experiments, trial glass rods were implanted into circular defects in rat tibia in order to evaluate their biocompatibility and bioactivity. Results showed all Nb-containing glass was biocompatible and that the addition of 1.3 mol% of Nb 2 O 5 , replacing phosphorous, increases the osteostimulation of bioglass. Therefore, these results support the assertion that Nb-substituted glass is suitable for biomedical applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ملخص يعرض هذا العمل ويناقش نتائج دراسة شاملة حول الخصائص النشطة بيولوجيًا لزجاج السيليكات المستبدل بـ Nb المشتق من الزجاج الحيوي 45S5. تم إجراء التجارب في المختبر وفي الجسم الحي. أجرينا ثلاثة أنواع مختلفة من التحليلات المختبرية: (1) التحقيق في حركية التفاعل الكيميائي والنشاط البيولوجي للزجاج الذي يستبدل Nb في سائل الجسم المحاكى (SBF) بواسطة التحليل الطيفي 31 P MASNMR، (2) تحديد ملامح الترشيح الأيوني في المحلول المعزول عن طريق قياس طيف الانبعاث البصري للبلازما المقترن حثيًا (ICP - OES)، و (3) تقييم التوافق والتمايز العظمي للخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESCs) المعالجة بمنتجات إذابة تركيبات مختلفة من الزجاج الذي يستبدل Nb. كشفت النتائج أن الزجاج الذي يستبدل Nb ليس سامًا لـ HESCs. علاوة على ذلك، فإن إضافة ما يصل إلى 1.3 مول٪ من Nb 2 O 5 إلى 45 S 5 من الزجاج الحيوي عززت بشكل كبير من قدرته على تكوين العظم. بالنسبة للتجارب داخل الجسم الحي، تم زرع قضبان زجاجية تجريبية في عيوب دائرية في ظنبوب الفئران من أجل تقييم توافقها الحيوي ونشاطها الحيوي. أظهرت النتائج أن جميع الزجاج المحتوي على نب كان متوافقًا حيويًا وأن إضافة 1.3 مول٪ من نب 2 أو 5 ، لتحل محل الفوسفور، يزيد من التحفيز العظمي للزجاج الحيوي. لذلك، تدعم هذه النتائج التأكيد على أن الزجاج الذي يستبدل Nb مناسب للتطبيقات الطبية الحيوية.

Translated Description (French)

Résumé Le présent travail présente et discute les résultats d'une étude approfondie sur les propriétés bioactives du verre de silicate Nb-substitué dérivé du bioglass 45S5. Des expériences in vitro et in vivo ont été réalisées. Nous avons entrepris trois types différents d'analyses in vitro : (i) l'étude de la cinétique de la réactivité chimique et de la bioactivité du verre Nb-substitué dans le fluide corporel simulé (SBF) par spectroscopie MASNMR 31 P, (ii) la détermination des profils de lixiviation ionique en solution tamponnée par spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES), et (iii) l'évaluation de la compatibilité et de la différenciation ostéogénique des cellules souches embryonnaires humaines (hESC) traitées avec des produits de dissolution de différentes compositions de verre Nb-substitué. Les résultats ont révélé que le verre Nb-substitué n'est pas toxique pour les CSEh. De plus, l'ajout de 1,3 % molaire de bioglass Nb 2 O 5 à 45S5 a considérablement amélioré sa capacité ostéogénique. Pour les expériences in vivo, des tiges de verre d'essai ont été implantées dans des défauts circulaires du tibia de rat afin d'évaluer leur biocompatibilité et leur bioactivité. Les résultats ont montré que tous les verres contenant du Nb étaient biocompatibles et que l'ajout de 1,3 % molaire de Nb 2 O 5 , remplaçant le phosphore, augmentait l'ostéostimulation du bioglass. Par conséquent, ces résultats appuient l'affirmation selon laquelle le verre Nb-substitué convient aux applications biomédicales.

Translated Description (Spanish)

Resumen El presente trabajo presenta y discute los resultados de un estudio exhaustivo sobre las propiedades bioactivas del vidrio de silicato sustituido con Nb derivado del biovidrio 45S5. Se realizaron experimentos in vitro e in vivo. Realizamos tres tipos diferentes de análisis in vitro: (i) investigación de la cinética de la reactividad química y la bioactividad del vidrio sustituido con Nb en fluido corporal simulado (SBF) mediante espectroscopía MASNMR 31 P, (ii) determinación de perfiles de lixiviación iónica en solución tamponada mediante espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES), y (iii) evaluación de la compatibilidad y diferenciación osteogénica de células madre embrionarias humanas (hESC) tratadas con productos de disolución de diferentes composiciones de vidrio sustituido con Nb. Los resultados revelaron que el vidrio sustituido con Nb no es tóxico para las hESC. Además, la adición de hasta un 1,3% molar de biovidrio Nb 2 O 5 a 45S5 mejoró significativamente su capacidad osteogénica. Para los experimentos in vivo, se implantaron varillas de vidrio de prueba en defectos circulares en tibia de rata con el fin de evaluar su biocompatibilidad y bioactividad. Los resultados mostraron que todo el vidrio que contiene Nb era biocompatible y que la adición de 1,3% molar de Nb 2 O 5 , en sustitución de fósforo, aumenta la osteostimulación del biovidrio. Por lo tanto, estos resultados respaldan la afirmación de que el vidrio sustituido con Nb es adecuado para aplicaciones biomédicas.

Files

s41598-018-31114-0.pdf.pdf

Files (3.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:aa9c1155ecc67dd14d4606afe953ad59
3.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تكشف الدراسات الشاملة في المختبر وفي الجسم الحي للزجاج الحيوي 45S5 المشتق من Nb المستبدل بالذوبان عن خصائصه النشطة بيولوجيًا المحسنة لشفاء العظام
Translated title (French)
Des études complètes in vitro et in vivo sur le nouveau bioglass 45S5 Nb-substitué dérivé de la fusion révèlent ses propriétés bioactives améliorées pour la cicatrisation osseuse
Translated title (Spanish)
Los estudios exhaustivos in vitro e in vivo del nuevo biovidrio 45S5 sustituido con Nb derivado de la fusión revelan sus propiedades bioactivas mejoradas para la curación ósea

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2888191465
DOI
10.1038/s41598-018-31114-0

Is supplement to
https://openalex.org/W3015376786 (Other)
https://openalex.org/W2434195791 (Other)
https://openalex.org/W2409285845 (Other)
https://openalex.org/W2138350991 (Other)
https://openalex.org/W2116210813 (Other)
https://openalex.org/W2054843986 (Other)
https://openalex.org/W2013908504 (Other)
https://openalex.org/W1994342570 (Other)
https://openalex.org/W1700716001 (Other)
https://openalex.org/W1566729005 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1137759576
  • https://openalex.org/W1488743254
  • https://openalex.org/W1922742595
  • https://openalex.org/W1966481184
  • https://openalex.org/W1980009506
  • https://openalex.org/W1988981144
  • https://openalex.org/W1989939975
  • https://openalex.org/W1994116080
  • https://openalex.org/W1996565709
  • https://openalex.org/W1996773781
  • https://openalex.org/W1999684723
  • https://openalex.org/W2003252624
  • https://openalex.org/W2006810736
  • https://openalex.org/W2010853801
  • https://openalex.org/W2012664920
  • https://openalex.org/W2014637539
  • https://openalex.org/W2015741371
  • https://openalex.org/W2025110181
  • https://openalex.org/W2032773016
  • https://openalex.org/W2050061366
  • https://openalex.org/W2057751403
  • https://openalex.org/W2059201733
  • https://openalex.org/W2072980672
  • https://openalex.org/W2076649252
  • https://openalex.org/W2077768285
  • https://openalex.org/W2078409962
  • https://openalex.org/W2080921228
  • https://openalex.org/W2084253126
  • https://openalex.org/W2085795343
  • https://openalex.org/W2095890387
  • https://openalex.org/W2110636118
  • https://openalex.org/W2110856393
  • https://openalex.org/W2111415695
  • https://openalex.org/W2114200005
  • https://openalex.org/W2117500665
  • https://openalex.org/W2119808689
  • https://openalex.org/W2120555029
  • https://openalex.org/W2160113246
  • https://openalex.org/W2160612777
  • https://openalex.org/W2161756310
  • https://openalex.org/W2162975528
  • https://openalex.org/W2190770357
  • https://openalex.org/W2280905358
  • https://openalex.org/W2312986706
  • https://openalex.org/W2318651506
  • https://openalex.org/W2323815198
  • https://openalex.org/W2343039203
  • https://openalex.org/W2518417105
  • https://openalex.org/W2553218765
  • https://openalex.org/W2568331708
  • https://openalex.org/W2576842382