Name: Síntesis de nanocompuestos de grafeno-hidroxiapatita para uso potencial en ingeniería de tejidos óseos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-27T13:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: Aprende a sintetizar nanocompuestos de grafeno e hidroxiapatita mediante un método simple de una sola etapa para ingeniería de tejidos óseos. Esta técnica promueve la regeneración rápida de huesos.

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El Dr. Sougata Ghosh reconoce al Departamento de Ciencia y Tecnología (DST), Ministerio de Ciencia y Tecnología, Gobierno de la India y al Centro Jawaharlal Nehru para la Investigación Científica Avanzada, India, por su financiación en el marco de la Beca Postdoctoral en el Extranjero en Nano Ciencia y Tecnología (Ref. JNC / AO / A.0610.1 (4) 2019-2260 con fecha 19 de agosto de 2019). El Dr. Sougata Ghosh reconoce a la Universidad de Kasetsart, Bangkok, Tailandia para una beca postdoctoral y financiación bajo el Programa Reinventando la Universidad (Ref. No. 6501.0207/10870 de fecha 9 de noviembre de 2021). Los autores desean agradecer a la Kostas Advanced Nano-Characterization Facility (KANCF) por su ayuda con los experimentos de caracterización. KANCF es una instalación multidisciplinaria compartida de investigación y educación dentro del Instituto de Investigación Kostas (KRI) en la Universidad Northeastern.

1. Síntesis de nHAP por precipitación
<ol><li>Sintetizar el nHAP prístino utilizando 50 mL de la mezcla de reacción que contiene 1 M Ca(NO3)2∙4H2O y 0.67 M (NH4)H2PO4 seguido de la adición aleatoria de NH4OH (25%) para mantener un pH alrededor de 1018.</li>
	<li>A partir de entonces, agite la mezcla de reacción mediante irradiación por ultrasonido (UI) durante 30 min (potencia de 500 W y frecuencia de ultrasonido de 20 kHz).</li>
	<li>Deje que la solución resultante madure durante 120 h a temperatura ambiente hasta que el precipitado blanco de nHAP se asiente. Recupere el nHAP por centrifugación a 1398 x g durante 5 min a temperatura ambiente.</li>
	<li>Lavar el precipitado con agua desionizada (DI) 3x y liofilizar durante 48 h. Conservar el polvo seco a 4 °C.</li>
</ol>2. Preparación de nanocompuestos nHAP/GNR
NOTA: A continuación se describen dos enfoques para fabricar nanocompuestos nHAP/GNR (es decir, nHAP en superficies GNR) y GNR/nHAP (nHAP recubierto de GNR) que representan dos disposiciones espaciales diferentes de nHAP y GNR (Figura 1).
<ol><li>Síntesis de nHAP/GNR<ol>
<li>Para preparar el nanocompuesto nHAP/GNRs, utilice una estrategia de co-funcionalización donde nHAP pueda ser sintetizado y conjugado a GNRs simultáneamente, como se indica a continuación.</li>
		<li>Disolver 5 mg de GNRs (Tabla de Materiales) en una mezcla de 1 M de nitrato de calcio tetrahidratado [Ca(NO3)2·4H2O] y 0,67 M de fosfato de hidrógeno diamónico [(NH4)2HPO4] a un volumen final de 50 mL19.</li>
		<li>Durante esta reacción, agregue un 25% de NH4OH gota a gota para mantener el pH en ~ 10. Agitar la mezcla resultante por UI durante 30 min.</li>
		<li>Después de completar la reacción, deje la solución sin perturbar durante 120 h a temperatura ambiente hasta la maduración.</li>
		<li>Observe la formación de un precipitado gelatinoso de nHAP que recubre los GNR, después de lo cual se asienta un precipitado blanco de nHAP / GNR.</li>
		<li>Lave el precipitado 3x por centrifugación a 1398 x g durante 5 min a temperatura ambiente seguido de reexspersión en agua DI.</li>
		<li>Liofilizar el precipitado lavado recuperado durante 48 h. Conservar el polvo seco a 4 °C.</li>
		<li>Utilice nHAP y GNR prístinos como muestras de control.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Síntesis de nanocompuesto GNR/nHAP<ol>
<li>Suspender el nHAP disponible comercialmente a una concentración de 5 mg/ml en 50 ml de agua DI suplementada con 5 mg de GNR.</li>
		<li>Agitar la mezcla resultante por UI durante 30 min y luego dejar la mezcla sin perturbar durante 120 h a temperatura ambiente.</li>
		<li>Después de la maduración, recupere el precipitado blanco del GNR/nHAP resultante mediante centrifugación a 1398 x g durante 5 min a temperatura ambiente.</li>
		<li>Lave la muestra 3 veces con agua DI, liofilícela durante 48 h y guarde el polvo seco a 4 °C para su uso posterior.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Caracterización de nHAP, nHAP/GNR y GNR/nHAP
<ol><li>Utilice un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM) (ver Tabla de Materiales) para caracterizar la morfología y el tamaño de los nanocompuestos11.</li>
	<li>Analizar la composición elemental de los nanocompuestos empleando espectroscopia de dispersión de energía (EDS) y realizar mapeo elemental utilizando el microscopio electrónico de transmisión de barrido (STEM)11.</li>
	<li>Realice la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para las muestras ordenadas a números de onda de 500-4000 cm−1 para analizar los grupos químicos en el nanocompuesto16.</li>
	<li>Realizar análisis de difracción de rayos X en polvo (XRD) del nHAP sintetizado utilizando una longitud de onda de rayos X de 1.5406 Å, ajustes de corriente y voltaje de 40 mA y 40 kV, respectivamente, y 2θ que van de 20 ° a 90 °.</li>
	<li>Evalúe el porcentaje de carga de GNR en el nanocompuesto utilizando el análisis termogravimétrico (TGA) calentando las muestras desde la temperatura ambiente a 1000 ° C a una velocidad de 10 ° C / min bajo flujo de nitrógeno.</li>
</ol>

<ol><li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+field+effect+in+atomically+thin+carbon+films%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electric field effect in atomically thin carbon films.</a> Science. 306 (5696), 666-669 (2004).</li>
<li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unconventional+quantum+Hall+effect+and+Berry%27s+phase+of+2%CF%80+in+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Unconventional quantum Hall effect and Berry's phase of 2π in bilayer graphene.</a> Nature Physics. 2 (3), 177-180 (2006).</li>
<li>Zhang, Y. B., Tan, Y. W., Stormer, H. L., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+observation+of+the+quantum+Hall+effect+and+Berry%27s+phase+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene.</a> Nature. 438 (7065), 201-204 (2005).</li>
<li>Ozyilmaz, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+transport+and+quantum+hall+effect+in+bipolar+Graphene+p%E2%88%92n%E2%88%92p+junctions%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Electronic transport and quantum hall effect in bipolar Graphene p−n−p junctions.</a> Physical Review Letters. 99 (16-19), 166804(2007).</li>
<li>Morozov, S. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Giant+intrinsic+carrier+mobilities+in+graphene+and+its+bilayer%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Giant intrinsic carrier mobilities in graphene and its bilayer.</a> Physical Review Letters. 100 (1-11), 016602(2008).</li>
<li>Han, M., Ozyilmaz, B., Zhang, Y., Jarillo-Herero, P., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+transport+measurements+in+graphene+nanoribbons%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Status+Solidi+B%3A+Basic+Solid+State+Physics%22%5BJournal%5D)">Electronic transport measurements in graphene nanoribbons.</a> Physica Status Solidi B: Basic Solid State Physics. 244 (11), 4134-4137 (2007).</li>
<li>Talyzin, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+graphene+nanoribbons+encapsulated+in+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Synthesis of graphene nanoribbons encapsulated in single-walled carbon nanotubes.</a> Nano Letters. 11 (10), 4352-4356 (2011).</li>
<li>Allen, M. J., Tung, V. C., Kaner, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Honeycomb+carbon%3A+A+review+of+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Honeycomb carbon: A review of graphene.</a> Chemical Reviews. 110 (1), 132-145 (2010).</li>
<li>Ghosh, S., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metallic+nanoscaffolds+as+osteogenic+promoters%3A+Advances%2C+challenges+and+scope%5BTitle%5D)+AND+%22Metals%22%5BJournal%5D)">Metallic nanoscaffolds as osteogenic promoters: Advances, challenges and scope.</a> Metals. 11 (9), 1356(2021).</li>
<li>Ghosh, S., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoporous+silica+based+nanostructures+for+bone+tissue+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Materials%22%5BJournal%5D)">Mesoporous silica based nanostructures for bone tissue regeneration.</a> Frontiers in Materials. 8, 213(2021).</li>
<li>Medeiros, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanohydroxyapatite%2Fgraphene+nanoribbons+nanocomposites+induce+in+vitro+osteogenesis+and+promote+in+vivo+bone+neoformation%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Nanohydroxyapatite/graphene nanoribbons nanocomposites induce in vitro osteogenesis and promote in vivo bone neoformation.</a> ACS Biomaterials Science and Engineering. 4 (5), 1580-1590 (2018).</li>
<li>Faniyi, I. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+comparative+analyses+of+reduced+graphene+oxide+%28RGO%29+prepared+via+green%2C+mild+and+chemical+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22SN+Applied+Sciences%22%5BJournal%5D)">The comparative analyses of reduced graphene oxide (RGO) prepared via green, mild and chemical approaches.</a> SN Applied Sciences. 1 (10), 1-7 (2019).</li>
<li>Neelgund, G. M., Oki, A., Luo, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+deposition+of+hydroxyapatite+on+graphene+nanosheets%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Bulletin%22%5BJournal%5D)">In situ deposition of hydroxyapatite on graphene nanosheets.</a> Materials Research Bulletin. 48 (2), 175-179 (2013).</li>
<li>Rajkumar, M., Sundaram, N. M., Rajendran, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+size+controlled%2C+stoichiometric+and+bioresorbable+hydroxyapatite+nanorod+by+varying+initial+pH%2C+Ca%2FP+ratio+and+sintering+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Digest+Journal+of+Nanomaterials+and+Biostructures%22%5BJournal%5D)">Preparation of size controlled, stoichiometric and bioresorbable hydroxyapatite nanorod by varying initial pH, Ca/P ratio and sintering temperature.</a> Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 6 (1), 169-179 (2011).</li>
<li>Mondal, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydroxyapatite+coated+iron+oxide+nanoparticles%3A+A+promising+nanomaterial+for+magnetic+hyperthermia+cancer+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Hydroxyapatite coated iron oxide nanoparticles: A promising nanomaterial for magnetic hyperthermia cancer treatment.</a> Nanomaterials. 7 (12), 426(2017).</li>
<li>Oliveira, F. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+loads+of+nano-hydroxyapatite%2Fgraphene+nanoribbon+composites+guided+bone+regeneration+using+an+osteoporotic+animal+model%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">High loads of nano-hydroxyapatite/graphene nanoribbon composites guided bone regeneration using an osteoporotic animal model.</a> International Journal of Nanomedicine. 14, 865-874 (2019).</li>
<li>Murugan, N., Sundaramurthy, A., Chen, S. -M., Sundramoorthy, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide%2Foxidized+carbon+nanofiber%2Fmineralized+hydroxyapatite+based+hybrid+composite+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Express%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide/oxidized carbon nanofiber/mineralized hydroxyapatite based hybrid composite for biomedical applications.</a> Materials Research Express. 4 (12), 124005(2017).</li>
<li>Barbosa, M. C., Messmer, N. R., Brazil, T. R., Marciano, F. R., Lobo, A. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+ultrasonic+irradiation+on+the+crystallinity+of+nano-hydroxyapatite+produced+via+the+wet+chemical+method%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering+C%22%5BJournal%5D)">The effect of ultrasonic irradiation on the crystallinity of nano-hydroxyapatite produced via the wet chemical method.</a> Materials Science and Engineering C. 33 (5), 2620-2625 (2013).</li>
<li>Rodrigues, B. V. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide%2Fmulti-walled+carbon+nanotubes+as+nanofeatured+scaffolds+for+the+assisted+deposition+of+nanohydroxyapatite%3A+characterization+and+biological+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide/multi-walled carbon nanotubes as nanofeatured scaffolds for the assisted deposition of nanohydroxyapatite: characterization and biological evaluation.</a> International Journal of Nanomedicine. 11, 2569-2585 (2016).</li>
<li>Sharma, M., Nagar, R., Meena, V. K., Singh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electro-deposition+of+bactericidal+and+corrosion-resistant+hydroxyapatite+nanoslabs%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">Electro-deposition of bactericidal and corrosion-resistant hydroxyapatite nanoslabs.</a> RSC Advances. 9 (20), 11170-11178 (2019).</li>
<li>Kamrujjaman, M., Khandaker, J. I., Haque, M. M., Rahman, M. O., Rahman, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+the+dependency+of+pH+values+on+HAp+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanomaterials+%26+Molecular+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Study of the dependency of pH values on HAp synthesis.</a> Journal of Nanomaterials & Molecular Nanotechnology. 7, 4(2019).</li>
<li>Baradaran, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+and+biomedical+applications+of+a+nanotube+hydroxyapatite-reduced+graphene+oxide+composite%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties and biomedical applications of a nanotube hydroxyapatite-reduced graphene oxide composite.</a> Carbon. 69, 32-45 (2014).</li>
<li>Sassoni, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydroxyapatite+and+other+calcium+phosphates+for+the+conservation+of+cultural+heritage%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Materials%22%5BJournal%5D)">Hydroxyapatite and other calcium phosphates for the conservation of cultural heritage: A review.</a> Materials. 11 (4), 557(2018).</li>
<li>Tang, H., Ehlert, G. J., Lin, Y., Sodano, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+efficient+synthesis+of+graphene+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Highly efficient synthesis of graphene nanocomposites.</a> Nano Letters. 12 (1), 84-90 (2012).</li>
<li>Walker, L. S., Marotto, V. R., Rafiee, M. A., Koratkar, N., Corral, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toughening+in+graphene+ceramic+composites%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Toughening in graphene ceramic composites.</a> ACS Nano. 5 (4), 3182-3190 (2011).</li>
<li>Rafiee, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+mechanical+properties+of+nanocomposites+at+low+graphene+content%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low graphene content.</a> ACS Nano. 3 (12), 3884-3890 (2009).</li>
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<li>Azhari, A., Toyserkani, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive+manufacturing+of+graphene-hydroxyapatite+nanocomposite+structures%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Applied+Ceramic+Technology%22%5BJournal%5D)">Additive manufacturing of graphene-hydroxyapatite nanocomposite structures.</a> International Journal of Applied Ceramic Technology. 12 (1), 8-17 (2015).</li>
<li>Li, H., Wang, J., Bao, Y., Guo, Z., Zhang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+sonocrystallization+in+the+salting-out+process%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">Rapid sonocrystallization in the salting-out process.</a> Journal of Crystal Growth. 247 (1-2), 192-198 (2003).</li>
<li>Zou, Z., Lin, K., Chen, L., Chang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+synthesis+and+characterization+of+carbonated+hydroxyapatite+nanopowders+via+sonochemistry-assisted+microwave+process%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonics+Sonochemistry%22%5BJournal%5D)">Ultrafast synthesis and characterization of carbonated hydroxyapatite nanopowders via sonochemistry-assisted microwave process.</a> Ultrasonics Sonochemistry. 19 (6), 1174-1179 (2012).</li>
<li>Rouhani, P., Taghavinia, N., Rouhani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+growth+of+hydroxyapatite+nanoparticles+using+ultrasonic+irradiation%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonics+Sonochemistry%22%5BJournal%5D)">Rapid growth of hydroxyapatite nanoparticles using ultrasonic irradiation.</a> Ultrasonics Sonochemistry. 17 (5), 853-856 (2010).</li>
<li>Fan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-pot+synthesis+of+graphene%2Fhydroxyapatite+nanorod+composite+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">One-pot synthesis of graphene/hydroxyapatite nanorod composite for tissue engineering.</a> Carbon. 66, 407-416 (2014).</li>
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<li>Ghosh, S., Sanghavi, S., Sancheti, P. Metallic biomaterial for bone support and replacement. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGhosh%2C+S+%22Fundamental+Biomaterials%3A+Metals.+Vol+2.+Woodhead+Publishing+Series+in+Biomaterials%22">Fundamental Biomaterials: Metals. Vol 2. Woodhead Publishing Series in Biomaterials</a>. Balakrishnan, P., Sreekala, P., Thomas, S. , Woodhead Publishing. 139-165 (2018).</li>
<li>Hazra, A., Basu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+nanoribbon+as+potential+on-chip+interconnect+material-A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22C+Journal+of+Carbon+Research%22%5BJournal%5D)">Graphene nanoribbon as potential on-chip interconnect material-A Review.</a> C Journal of Carbon Research. 4 (3), 49(2018).</li>
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</ol>

Los autores no tienen conflictos de intereses.

Aunque se han investigado diversos metales, polímeros, cerámicas y sus combinaciones como implantes ortopédicos y accesorios de fijación, el HAP se considera uno de los materiales más preferibles debido a su similitud química con el propio hueso y la consiguiente alta citocompatibilidad 20,21,22. En este estudio, la orientación de HAP fue variada, lo que puede tener un impacto significativo en sus propiedades únicas, como la pro...

El grafeno tiene estructuras bidimensionales en forma de lámina compuestas de carbono hibridado sp. Varios otros alótropos se pueden atribuir a la red extendida de panal de grafeno (por ejemplo, el apilamiento de láminas de grafeno forma grafito 3D mientras que el despliegue del mismo material da como resultado la formación de nanotubos 1D1). Del mismo modo, los fullerenos 0D se forman debido a la envoltura2. El grafeno tiene atractivas propiedades fisicoquímicas y optoelectrónicas que incluyen un efecto de campo ambipolar y un efecto Hall cuántico a temperatura ambiente 3,4. La detección de eventos de adsorción de una sola molécula y la movilidad extremadamente alta del portador se suman a los atractivos atributos del grafeno 5,6. Además, las nanocintas de grafeno (GNR) con anchos estrechos y una gran trayectoria libre media, baja resistividad con una alta densidad de corriente y alta movilidad de electrones se consideran materiales de interconexión prometedores7. Por lo tanto, los GNR se están explorando para aplicaciones en una miríada de dispositivos, y más recientemente en nanomedicina, particularmente ingeniería de tejidos y administración de fármacos8.
Entre varias dolencias traumáticas, las lesiones óseas se consideran una de las más desafiantes debido a las dificultades para estabilizar la fractura, la regeneración y el reemplazo con hueso nuevo, la resistencia a la infección y la realineación de las no uniones óseas 9,10. Los procedimientos quirúrgicos siguen siendo la única alternativa para las fracturas del eje femoral. Cabe señalar que cada año se gastan casi $52 millones en el tratamiento de lesiones óseas en Centroamérica y Europa11.
Los andamios bioactivos para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos pueden ser más efectivos al incorporar nano-hidroxiapatita (nHAP), ya que se asemejan a las propiedades micro y nano arquitectónicas del hueso en sí12. HAP, representado químicamente como Ca10(PO4)6(OH)2 con una relación molar Ca/P de 1,67, es el más preferido para aplicaciones biomédicas, particularmente para el tratamiento de defectos periodontales, la sustitución de tejidos duros y la fabricación de implantes para cirugías ortopédicas13,14. Así, la fabricación de biomateriales basados en nHAP reforzados con GNRs puede poseer una biocompatibilidad superior y puede ser ventajosa debido a su capacidad para promover la osteointegración y serosteoconductores 15,16. Tales andamios compuestos híbridos pueden preservar propiedades biológicas como la adherencia celular, la propagación, la proliferación y la diferenciación17. Aquí, informamos la fabricación de dos nuevos nanocompuestos para la ingeniería de tejidos óseos mediante la alteración racional de la disposición espacial de nHAP y GNR como se ilustra en la Figura 1. Aquí se evaluaron las propiedades químicas y estructurales de los dos arreglos nHAP-GNR diferentes.

<table><tbody><tr><td>Fosfato de amonio monobásico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>216003-100G</td><td>Síntesis</td></tr><tr><td>Nitrato de calcio tetrahidratado</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>237124</td><td></td></tr><tr><td>Centrífuga</td><td>de síntesis Hettich</td><td>EBA 200S</td><td>Recuperación</td></tr><tr><td>Espectrómetro infrarrojo por transformada de Fourier</td><td>Brucker</td><td>Vertex 70</td><td></td></tr><tr><td>Caracterización Nanoribbon</td> <td>de grafenoSigma-Aldrich</td><td>922714</td><td>Synthesis</td></tr><tr><td>Microscopio electrónico de transmisión de alta resolución</td><td>Thermo Fisher</td><td>Scientific Themis Titan 300</td><td>Caracterización</td></tr><tr><td>Agitador magnético</td><td>IKA</td><td>C-MAG HS7 S68</td><td>Micropipetas de funcionalización</td></tr><tr><td></td><td>TreffLab</td><td>06H35687</td><td>Preparación de reactivos</td></tr><tr><td>Medidor de pH</td><td>Eutech pH5+</td><td>ECPH503PLUSK</td><td>Preparación de reactivos</td></tr><tr><td>Analizador termogravimétrico</td><td>TA Instruments</td><td>SDT Q600</td><td>Caracterización</td></tr><tr><td>Baño ultrasónico</td><td>Bandelin</td><td>DT100</td><td>Funcionalización</td></tr><tr><td>Horno universal</td><td>Memmert</td><td>UF55</td><td>Funcionalización</td></tr><tr><td>Balanza de pesaje</td><td>Precisa</td><td>XB220A</td><td>Preparación de reactivos</td></tr><tr><td>Difractómetro de rayos X</td><td>Brucker</td><td>D8-Caracterización Avanzada</td><td></td></tr></tbody></table>

síntesis de nanocompuestos de grafeno-hidroxiapatita para uso potencial en ingeniería de tejidos óseos

Synthesis of Graphene-Hydroxyapatite Nanocomposites for Potential Use in Bone Tissue Engineering

El desarrollo de nuevos materiales para la ingeniería de tejidos óseos es una de las áreas de empuje más importantes de la nanomedicina. Varios nanocompuestos se han fabricado con hidroxiapatita para facilitar la adherencia celular, la proliferación y la osteogénesis. En este estudio, los nanocompuestos híbridos se desarrollaron con éxito utilizando nanocintas de grafeno (GNR) y nanopartículas de hidroxiapatita (nHAPs), que cuando se emplean en andamios bioactivos pueden mejorar potencialmente la regeneración del tejido óseo. Estas nanoestructuras pueden ser biocompatibles. Aquí, se utilizaron dos enfoques para preparar los nuevos materiales. En un enfoque, se utilizó una estrategia de cofuncionalización en la que nHAP se sintetizó y se conjugó a GNR simultáneamente, lo que resultó en nanohíbridos de nHAP en superficies GNR (denotadas como nHAP / GNR). La microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) confirmó que el compuesto nHAP/GNR está compuesto por estructuras delgadas y delgadas de GNR (longitud máxima de 1,8 μm) con parches discretos (150-250 nm) de nHAP similar a una aguja (40-50 nm de longitud). En el otro enfoque, el nHAP disponible comercialmente se conjugó con los GNR que formaban nHAP recubierto de GNR (denotado como GNR/nHAP) (es decir, con una orientación opuesta en relación con el nanohíbrido nHAP/GNR). El nanohíbrido formado utilizando este último método exhibió nanoesferas nHAP con un diámetro que va desde 50 nm a 70 nm cubiertas con una red de GNR en la superficie. Los espectros de dispersión de energía, el mapeo elemental y los espectros infrarrojos de la transformada de Fourier (FTIR) confirmaron la integración exitosa de nHAP y GNR en ambos nanohíbridos. El análisis termogravimétrico (TGA) indicó que la pérdida a temperaturas de calentamiento elevadas debido a la presencia de GNR fue de 0,5% y 0,98% para GNR/nHAP y nHAP/GNR, respectivamente. Los nanohíbridos nHAP-GNR con orientaciones opuestas representan materiales significativos para su uso en andamios bioactivos para promover potencialmente las funciones celulares para mejorar las aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos.

Análisis HRTEM Individualmente, los GNR eran estructuras delgadas similares al bambú con algunas curvas a cierta distancia, como se observa en la Figura 2. El GNR más largo fue de 1.841 μm, mientras que el GNR doblado más pequeño fue de 497 nm. Las nanocintas a menudo mostraron una variación visible en el ancho que podría atribuirse a la torsión para formar configuraciones helicoidales en muchos lugares. Dicha alineación unidireccional de los GNR puede ayudar a obtener ca...

Se prepararon nuevos nanocompuestos de nanocintas de grafeno y nanopartículas de hidroxiapatita utilizando síntesis en fase de solución. Estos híbridos cuando se emplean en andamios bioactivos pueden exhibir aplicaciones potenciales en ingeniería de tejidos y regeneración ósea.

Síntesis de nanocompuestos de grafeno-hidroxiapatita para uso potencial en ingeniería de tejidos óseos

Developing novel materials for bone tissue engineering is one of the most important thrust areas of nanomedicine. Several nanocomposites have been ...

Este trabajo explica la estrategia para fabricar nuevos compuestos de nano hidroxiapatita y nanocinta de grafeno con orientaciones opuestas. Estos biomateriales son importantes para el desarrollo de andamios de ingeniería de tejidos óseos. Esta es una síntesis simple de una olla.Es un método rápido, eficaz y económico. Este trabajo es extremadamente relevante con el contexto del tratamiento de lesiones óseas y dolencias asociadas donde una mayor regeneración del tejido óseo promoverá una curación rápida. Para empezar, sintetice las nanopartículas prístinas de hidroxiapatita utilizando 50 mililitros de la mezcla de reacción.Gota a gota, agregue 25% de hidróxido de amonio para mantener un pH de alrededor de 10. A partir de entonces, agite la mezcla de reacción mediante irradiación por ultrasonido durante 30 minutos. Deje que la solución resultante madure durante 120 horas a temperatura ambiente hasta que el precipitado blanco de nanopartículas de hidroxiapatita se asiente.Recuperar las nanopartículas de hidroxiapatita por centrifugación a 1.398 x g durante cinco minutos a temperatura ambiente. Lave el precipitado con agua desionizada tres veces. Para preparar el nanocompuesto nHAP/GNR, utilice una estrategia de cofuncionalización, comience con la disolución de cinco miligramos de nanocintas de grafeno en una mezcla de un nitrato de calcio molar tetrahidrato y fosfato de hidrógeno diamonio molar a un volumen final de 50 mililitros.Durante esta reacción, agregue un 25% de hidróxido de amonio gota a gota para mantener el pH en aproximadamente 10. Agitar la mezcla resultante por ultrasonido durante 30 minutos. Después de completar la reacción, deje la solución sin perturbar durante 120 horas a temperatura ambiente hasta la maduración.Observe la formación de un precipitado gelatinoso de nanopartículas de hidroxiapatita, que recubre las nanocintas de grafina, después de lo cual se asienta un precipitado blanco de nHAP / GNR. Lavar el precipitado tres veces por centrifugación a 1, 398 x g durante cinco minutos a temperatura ambiente seguido de redispersión en agua desionizada. Para sintetizar nanocompuestos GNR/nHAP, suspenda las nanopartículas de hidroxiapatita disponibles comercialmente a una concentración de cinco miligramos por mililitro en 50 mililitros de agua desionizada, complementadas con cinco miligramos de nanocintas de grafina.Agite la mezcla resultante por ultrasonido durante 30 minutos y, a partir de entonces, deje la mezcla sin perturbar durante 120 horas a temperatura ambiente. Después de la maduración, recupere el precipitado blanco del GNR/nHAP resultante mediante centrifugación a 1, 398 x g durante cinco minutos a temperatura ambiente. Lave la muestra tres veces con agua desionizada.El análisis HRTEM del nanocompuesto nHAP/GNR mostró parches nHAP de entre 150 y 250 nanómetros de longitud y anchura. El mapeo elemental confirmó que los parches ganglionares intermediados en los GNR eran de hecho nHAP debido a la presencia de calcio y fósforo elementales. En los nanocompuestos GNR/nHAP, el GNR formó películas delgadas en la superficie de las nanopartículas esféricas nHAP.El análisis EDS mostró un claro aumento en el contenido de carbono debido a los GNR, mientras que los picos específicos de calcio y fósforo se debieron a nHAP. El marcado aumento en el contenido de carbono en el espectro nHAP/GNR se debe a la mayoría de los GNR en los que solo se observaron pequeños parches de nHAP recién sintetizado. El análisis XRD confirmó la estructura cristalina hexagonal de los picos fuertes nHAP correspondientes a los planos 002, 102, 211, 300, 202, 310, 113, 222 y 213, respectivamente, confirmó la pureza del nHAP tal como se sintetiza.El análisis de TGA mostró una disminución constante de la masa después de 200 grados Celsius hasta 500 grados Celsius debido a la cristalización de nHAP. Un mayor calentamiento condujo a la descomposición de los complejos. Se encontró que la pérdida debido a la presencia de GNR estaba entre 0.5 y 0.98% en GNR /nHAP y nHAP/GNR.La secuencia de adición de reactivos y las condiciones de reacción son las más críticas para obtener la orientación inversa deseada de los nanocompuestos. Se pueden realizar estudios basados en líneas celulares para verificar el potencial de los nanocompuestos para promover la osteogénesis. Esto abrirá una nueva área de modulación mediada por la orientación de la respuesta celular para la ingeniería de tejidos.

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Bioingeniería

El grafeno ofrece potencial como un material de recubrimiento para implantes biomédicos. En este estudio hemos demostrado un método para el revestimiento de aleaciones de nitinol con capas nanométricas de grafeno y determinar cómo grafeno puede influir en la respuesta del implante.

Revestimientos de grafeno para Implantes Biomédicos

En este artículo, se describe un protocolo para fabricar un hidrogel amelogenina quitosano para la reconstrucción del esmalte superficial. Organizado en el crecimiento in situ de los cristales de apatita en el hidrogel formado una densa interfaz de esmalte-restauración, lo que mejorará la eficacia y durabilidad de las restauraciones.

Desarrollo de amelogenina-quitosano hidrogel para<em&gt; In Vitro</em&gt; Esmalte Recrecimiento con una interfaz Dense

Se presenta un proceso genérico paso a paso para crear una plantilla similar a un hueso con microcanales diseñados. Las altas capacidades de absorción y retención de la plantilla se demuestran mediante la acción capilar a través de microcanales.

Plantillas distintivo acción capilar por micro-canales en hueso como puede mejorar el reclutamiento de células para la Restauración del Gran Bony Defecto

nanofibras electrospun tienen un área superficial alta en relación al peso, excelente integridad mecánica, y apoyar el crecimiento y la proliferación celular. Estas nanofibras tienen una amplia gama de aplicaciones biomédicas. Aquí fabricamos queratina / nanofibras de PCL, utilizando la técnica de electrospinning, y caracterizar las fibras para posibles aplicaciones en ingeniería de tejidos.

Síntesis de nanofibras a base de Queratina de Ingeniería Biomédica

Un andamio de la ingeniería de tejidos inyectable compuesto de poli (N-isopropilacrilamida) sulfato de condroitina-injertado (PNIPAAm-g-CS) que contienen micropartículas de alginato se preparó. La fuerza adhesiva, propiedades de hinchamiento y en la biocompatibilidad in vitro se analizaron en este estudio. Las técnicas de caracterización desarrolladas aquí pueden ser aplicables a otros sistemas de termogelificación.

Síntesis de termogelificante poli (N-isopropilacrilamida) compuestos de sulfato de condroitina-injertado con alginato micropartículas de Ingeniería de Tejidos

En este trabajo se describe un nuevo método para la fabricación rápida de alta calidad hidroxiapatita nanoescala Bioinspirada. Este biomaterial es de gran importancia en la fabricación de una amplia gama de dispositivos médicos innovadores para aplicaciones clínicas en ortopedia, cirugía craneofacial y odontología.

Mezcla rápida Preparación de Bioinspirada nanoescala hidroxiapatita para aplicaciones biomédicas

Presentamos un protocolo para la caracterización antimicrobiana de materiales avanzados. Aquí, la actividad antimicrobiana en superficies de material se mide mediante dos métodos que se complementan: uno se basa en la prueba de difusión de discos de agar, y el otro es un procedimiento estándar basado en la norma ISO de 22196:2007.

Caracterización antimicrobiana de materiales avanzados para aplicaciones de bioingeniería

En este manuscrito, demostramos la preparación de una biotinta de hidrogel biohíbrida que contiene grafeno para su uso en ingeniería de tejidos periféricos. Utilizando este material biohíbrido 3D, se realiza el protocolo de diferenciación neural de las células madre. Este puede ser un paso importante para traer biomateriales similares a la clínica.

Preparación y caracterización de biotinta de hidrogel biohíbrida 3D basada en grafeno para neuroingeniería periférica

Este protocolo describe una técnica de impresión 3D para fabricar estructuras similares a huesos depositando una tinta de fosfato de calcio en un soporte granular a base de gelatina. Los análogos óseos impresos se depositan en forma libre, con flexibilidad para la recolección directa de la impresión o la reticulación dentro de una matriz de células vivas para construcciones multifásicas.

Bioimpresión omnidireccional cerámica en suspensiones cargadas de células para la generación de análogos óseos

En este estudio, detallamos métodos de descelularización, caracterización física, imagen e implantación in vivo de biomateriales de origen vegetal, así como métodos para la siembra y diferenciación celular en los andamios. Los métodos descritos permiten la evaluación de biomateriales de origen vegetal para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos.

Andamios descelularizados derivados de la manzana para la ingeniería de tejidos óseos in vitro e in vivo

La terapia ósea a través de la osificación endocondral mediante la implantación de tejido cartilaginoso artificial producido a partir de células madre mesenquimales tiene el potencial de eludir los inconvenientes de las terapias convencionales. Los hidrogeles de ácido hialurónico son eficaces para escalar injertos de cartílago uniformemente diferenciados, así como para crear hueso integrado con vascularización entre injertos fusionados in vivo.

Formación ósea integrada a través de la osificación endocondral in vivo utilizando células madre mesenquimales

Aprende a sintetizar nanocompuestos de grafeno e hidroxiapatita mediante un método simple de una sola etapa para ingeniería de tejidos óseos. Esta técnica promueve la regeneración rápida de huesos.

Síntesis de nanocompuestos de grafeno-hidroxiapatita para uso potencial en ingeniería de tejidos óseos

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