Deze review evalueert parelpoeder, parelmoer en het uit parelmoer afgeleide wateroplosbare matrix (WSM) als potentiële osteogene biomaterialen. Er wordt benadrukt dat er sterker parelspecifiek bewijs is voor osteogene activiteit dan voor cytotoxicitet bij hoge doses of autofagie-gemedieerde schade, en er wordt gewezen op de noodzaak van gestandaardiseerde karakterisering, dosis-responstesten, stressassays, validatie van de autofagische flux en langduriger in vivo veiligheidsonderzoek.
Reviewartikel
Nano-parelpoeder en een uit parelmoer afgeleide wateroplosbare matrix bij osteogenese: bewijsvoering, mechanistische hiaten en veiligheidsoverwegingen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Parelpoeder, parelmoer en de uit parelmoer afgeleide wateroplosbare matrix (WSM) zijn natuurlijke mineraal-organische materialen met een groeiende relevantie voor onderzoek naar botregeneratie. Hun biologische activiteit lijkt niet alleen afhankelijk te zijn van het calciumcarbonaatgehalte, maar ook van oplosbare matrixcomponenten die het gedrag van osteoblasten, de mineraalafzetting en cellulaire stressresponsen kunnen beïnvloeden. Deze narratieve review vergelijkt parelspecifieke osteogene studies in cel-, scaffold- en defectherstelmodellen met geselecteerde comparatorstudies naar nanodeeltjes, die worden gebruikt om onbeantwoorde veiligheidsvragen te kaderen. De parelspecifieke literatuur ondersteunt over het algemeen de osteogene activiteit, met name in preosteoblast- of osteoblast-lijnmodellen en materialen die WSM bevatten, maar het bewijs blijft heterogeen omdat de bronsoort, extractiemethode, deeltjesgrootte, afgiftegedrag, dosis en de selectie van eindpunten per studie verschillen. Bewijs dat nano-parelpoeder koppelt aan autofagie-geassocieerde osteogene differentiatie is veelbelovend, vooral in MC3T3-E1-modellen, maar de bestaande parelspecifieke literatuur biedt beperkt direct bewijs voor toxiciteit bij hoge doses, een belemmerde autofagische flux, immunogeniciteit, risico's gerelateerd aan zware metalen, degradatie-overeenkomstige herstel of chronische biosafety. Toekomstig werk zou materiaalkarakterisering, dosis-respons-testen, oxidatieve en mitochondriale readouts, autofagische flux-analyse en osteogene eindpunten moeten integreren in één enkel experimenteel ontwerp. Dergelijke studies zijn nodig om vast te stellen of WSM-gebaseerde of nano-parelformuleringen een reproduceerbaar en veilig osteogeen venster kunnen bieden voor de ontwikkeling van botregenererende biomaterialen.
Inleiding
Botreparatie heeft twee basisbehoeften. Een materiaal moet het defect kunnen opvullen en daarnaast cellen van de osteoblast-lijn helpen bij het produceren van extracellulaire matrix en mineralen. Lamghari et al. toonden aan dat parelmoer beenmergcellen stimuleerde en botvorming ondersteunde. Rousseau toonde aan dat een wateroplosbare matrixfractie (WSM) van parelmoer zorgde ervoor dat de mineralisatie van MC3T3-E1 preosteoblasten eerder begon1,2. Conventionele autotransplantaten, allotransplantaten, hydroxyapatiet en bèta-tricalciumfosfaat blijven nuttig, maar kunnen beperkt worden door morbiditeit van de donorplaats, beperkte beschikbaarheid, variabele integratie, brosheid, trage remodellering of onvoldoende biologische signalering. Materialen afgeleid van parels worden daarom bestudeerd als actieve natuurlijke mineraal-organische alternatieven in plaats van als eenvoudige calciumcarbonaatvullers.
Parels en parelmoer zijn verwant, maar niet identiek. Parelpoeder wordt geproduceerd uit de parel zelf en bevat calciumcarbonaat met een kleiner organisch aandeel, terwijl parelmoer de schelpstroomlaag is met een sterk georganiseerde aragoniet-organische lamellaire architectuur. Nacre-afgeleide WSM is een oplosbare fractie die uit deze matrix is geëxtraheerd. Deze verschillen zijn van belang omdat blootstelling aan het volledige poeder, blootstelling aan het oplosbare extract, incorporatie in scaffolds en blootstelling aan nanodeeltjes kunnen leiden tot verschillende afgifteprofielen, celcontactpatronen en biologische resultaten.
Deze review gebruikt vergelijkende nanodeeltjesstudies uitsluitend als waarschuwingssignalen voor gevaren en als bewijs voor het genereren van hypothesen. Titaniumdioxide, zilver, hydroxyapatiet, zirkonia en andere niet-parel nanodeeltjes kunnen reactieve zuurstofsoorten (ROS) verhogen, mitochondriën beschadigen, lysosomen belasten en autofagie veranderen in osteoblast-gerelateerde modellen. Deze effecten dienen als richtlijn voor parelspecifieke veiligheidstesten, maar mogen niet worden geïnterpreteerd als direct bewijs dat nano-parelpoeder hetzelfde letselpatroon veroorzaakt.
Review en perspectief
Samenstelling en bioactiviteit van parelpoeder, parelmoer en wateroplosbare matrix
Parelmoer bestaat niet enkel uit calciumcarbonaat. Het schelpmateriaal bevat oplosbare en onoplosbare organische matrices binnen de minerale fase. Oplosbare parelmoereiwitten kunnen de precipitatie van calciumcarbonaat beïnvloeden, en proteomische studies naar WSM hebben eiwitten geïdentificeerd met mogelijke osteogene activiteit, waaronder mineraalbinding, matrixorganisatie en groeifactor-achtige signalering3,4,5. Beweringen over de bioactiviteit van WSM moeten daarom de soort, extractiemethode, fractie en het gebruikte model specificeren, in plaats van WSM te behandelen als één enkel uitwisselbaar materiaal.
Bereiding en karakterisering van nanoparelpoeder
Een minimale karakteriseringschecklist moet worden gerapporteerd voorafgaand aan biologische testen: bronsoort en weefsel, sterilisatiemethode, deeltjesgrootteverdeling, morfologie, kristalfase, zetapotentieel, dispersiestabiliteit in het kweekmedium, aggregatietoestand, endotoxine- of bioburdenstatus waar relevant, WSM-gehalte, eiwitprofiel, calciumionvrijgave, WSM-vrijgavekinetiek en batch-tot-batch reproduceerbaarheid. Studies moeten ook controles bevatten die de effecten van calciumcarbonaat scheiden van de effecten van de organische matrix, zoals partikels die uitsluitend uit calciumcarbonaat bestaan, eiwit-gedepleteerde of enzym-behandelde WSM, niet-parelcontroles met een overeenkomstige deeltjesgrootte, uitsluitend scaffold-controles en uitsluitend WSM-controles, waar van toepassing.
Recent werk met scaffolds laat ook zien dat materialen afgeleid van parels kunnen worden geïntegreerd met moderne fabricagestrategieën. Nacre WSM, parelmoerpoeder en nacre-mimetische fasen zijn geïncorporeerd in poreuze, gelaagde en geprinte scaffolds6,7,8. De additieve fabricagestudies die tijdens de review werden aanbevolen, benadrukken verder dat gecontroleerde architectuur, vormgeheugengedrag, fotothermische functionaliteit en composietversterking relevante ontwerprichtingen zijn voor complexe defecten9,10,11,12,13. Voor biomaterialen afgeleid van parels moeten deze methoden worden geëvalueerd naast het afgiftegedrag en celstress-eindpunten, omdat de architectuur van de scaffold zowel de osteogene signalering als de cytotoxische blootstelling kan beïnvloeden.
Osteogene effecten van uit parels afgeleide materialen
De sterkte van het osteogene bewijs moet worden geïnterpreteerd aan de hand van een hiërarchie van eindpunten. Cellevensvatbaarheid en proliferatie tonen tolerantie aan, maar bewijzen geen osteogenese. Alkalische fosfatase (ALP) en Runt-related transcription factor 2 (Runx2) wijzen op vroege differentiatie. Collageen I, osteopontine (OPN), osteocalcine (OCN) en bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) leveren later bewijs van matrix-gerelateerde signalering. Alizarinerood-kleuring en minerale depositie ondersteunen de rijping, vooral wanneer deze worden genormaliseerd naar het celaantal. In vivo beeldvorming, histologie, mechanische integratie en defectsluiting bieden sterker bewijs van herstel dan geïsoleerde veranderingen in markers. Verschillende parelspecifieke rapporten ondersteunen vroege en late osteogene eindpunten, maar normalisatie naar celaantal, release-kinetiek en veiligheid van weefsels op lange termijn worden nog inconsistent gerapporteerd1,6,7,8,14,15,16,17.
| Type studie/bewijsvoering | Materiaal/model | Dosis of duur | Osteogene eindpunten | Gemeten autofagiemarkers | Bewijsniveau/beperkingen |
| Originele studie1 | Parelmutter; mergcellen en in vivo botvorming | NR | Botvorming en celrespons | Nee | Direct osteogeen bewijs; rapportage van ouder model |
| Originele studie2 | Parelschelp WSM; MC3T3-E1 | NR | Vroegere mineralisatie | Nee | WSM-specifiek signaal; identiteit van component onvolledig |
| Originele studie14 | Wateroplosbare bioactieve stoffen uit parelmoer; osteoblast-assays | NR | Antioxidatieve activiteit en differentiatiemarkers | Nee | Ondersteunt bioactiviteit; dosisstandaardisatie is beperkt |
| Origineel onderzoek15 | Nano-parelmoerdeeltjes; MC3T3-E1 | Gecontroleerde WSM/calciumvrijgave; exacte vergelijkende dosis NR in deze tabel | Osteogene inductiemarkers | Nee | Verbindingen met osteogenese; veiligheidseindpunten beperkt |
| Originele studie16 | Wateroplosbaar nanoparelpoeder; MC3T3-E1 | NR in geëxtraheerd manuscript | Osteogene markers en differentiatie | Ja | Autofagie geassocieerd met differentiatie; bewijsvoering voor flux en rescue behoeft uitbreiding |
| Onderzoeken naar scaffolds origineel6-8 | WSM/parelmoerpoeder/composieten afgeleid van parelmoer in steiger- of defectmodellen | NR- of modelspecifiek | Mineralisatie, histologie, defectherstel | Gewoonlijk niet | Translationeel relevant; scaffoldarchitectuur vertroebelt effect van component |
Tabel 1: Representatieve studies naar materiaal afgeleid van parels bij osteogenese en botherstel. De tabel maakt onderscheid tussen originele studies en breder bewijs voor scaffolds en gebruikt NR voor details die niet zijn vermeld in de geëxtraheerde bron. Afkortingen: ALP = alkalische fosfatase; OCN = osteocalcine; OPN = osteopontine; BMP-2 = bone morphogenetic protein 2; ARS = alizarinerood-kleuring; NR = niet vermeld.
Cytotoxiciteit, oxidatieve stress en mitochondriale stress
Gegevens over vergelijkbare nanodeeltjes zijn relevant via overdraagbare blootstellingsvariabelen: deeltjesgrootte, aantal deeltjes, aggregatie, oppervlaktelading, proteïnecorona, opnameroute, lysosomale belasting, dosismetriek, blootstellingsduur, ROS-productie, mitochondriaal membraanpotentiaal en eindpunten voor apoptose of necrose. Ze zijn niet direct overdraagbaar voor materiaalspecifieke samenstelling, WSM-afgifte, proteïnegemedieerde signalering, biologische afbreekbaarheid of immunogeniciteit. Onderzoek specifiek gericht op parels zou daarom dezelfde stress-eindpunten direct moeten testen in plaats van toxiciteitsconclusies over te nemen van niet-parelmaterialen18,19,20,21,22,23,24,25,26,27.
Veiligheidskwesties met betrekking tot klinische translatie
Klinische translatie vereist veiligheidsonderzoeken die verder gaan dan kortstondige cytotoxiciteit van nanodeeltjes. Parelpolder en preparaten afgeleid van parelmoer moeten worden gescreend op zware metaalresiduen, waaronder lood, kwik, cadmium en arseen, waarbij de limieten moeten voldoen aan de eisen van de farmacopee of de kwaliteitsnormen voor biomaterialen28. WSM bevat ook heterologe eiwitten afkomstig uit de schelp, waardoor immunogeniciteit, complementactivatie, macrofaagpolarisatie en inflammatoir geheugen moeten worden geëvalueerd. De degradatiesnelheid moet worden afgestemd op de snelheid van botregeneratie, en degradatieproducten moeten worden gevolgd via het lokale weefsel, het bloed, de lever, de nieren en de uitscheidingswegen. Studies bij grote dieren in belastbare of klinisch relevante defecten zijn nog steeds nodig voordat chronische veiligheid kan worden gegeneraliseerd.
Autofagie als cellulaire stressrespons
Autofagie is een op lysosomen gebaseerd recyclingproces. Protectieve autofagie verwijst naar de verhoogde vorming en klaring van autofagosomen die de levensvatbaarheid, mitochondriële kwaliteit, redoxbalans en differentiatiecapaciteit behouden. Dysfunctionele autofagie verwijst naar een geblokkeerde flux, overmatige lysosomale belasting, accumulatie van LC3-II of p62 zonder klaring, of autofagie-geassocieerde dood en verlies van osteogene functie. Veranderingen in Microtubule-associated protein 1 light chain 3 (LC3), sequestosome 1 (p62) en Beclin-1 kunnen deze toestanden op zichzelf niet onderscheiden; bafilomycine A1, chloroquine, genetische modulatie, tijdreeksanalyse en ontwerpen voor het herstel van de levensvatbaarheid zijn nodig om de flux en causaliteit te valideren29,30,31,32.
Moleculaire routes via welke WSM autofagie kan reguleren
Het meest directe parelspecifieke mechanisme blijft de mitogeen-geactiveerde proteïnekinase-kinase/extracellulaire signaal-gereguleerde kinase (MEK/ERK)-geassocieerde autofagie- en differentiatierespons die is gerapporteerd in MC3T3-E1-cellen16. Bredere literatuur over osteoblasten en biomaterialen suggereert mogelijke crosstalk met AMP-geactiveerde proteïnekinase (AMPK), fosfo-inositol 3-kinase/proteïnekinase B/mammalian target of rapamycin (PI3K/AKT/mTOR), sirtuine 1 (SIRT1), ROS-gevoelige mitogeen-geactiveerde proteïnekinase (MAPK)-signalering, Yes-geassocieerd proteïne (YAP)/beta-catenine, mTOR/unc-51-like autofagie-activerende kinase 1 (ULK1) en mitofagie-gerelateerde routes29,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Momenteel zijn de receptoren en WSM-componenten die deze signalen initiëren nog onvoldoende gedefinieerd. Op basis van proteomisch bewijs omvatten kandidaat-inputs mineraalbindende eiwitten, osteocalcine-achtige of matrix-organiserende eiwitten en signaleringsmotieven gerelateerd aan de transforming growth factor-beta-familie, maar deze voorgestelde verbanden vereisen fractionering, receptorblokkade, genetische perturbatie en rescue-experimenten.
Dubbele rol van autofagie bij osteogene differentiatie
Bewijs specifiek voor parels toont voornamelijk de gunstige zijde. Cheng et al. rapporteerden dat wateroplosbaar nanoparelpoeder de osteogene markers in MC3T3-E1-cellen verhoogde en dat remming van autofagie de differentiatierespons verzwakte16. Dit ondersteunt een associatie en mogelijke bijdrage van autofagie in dat model. Het moet niet worden beschouwd als bewijs dat autofagie de universele causale mediator is voor alle formuleringen op basis van parels, omdat farmacologische remmers off-target effecten kunnen hebben en veel studies flux-validatie niet hebben gecombineerd met genetische benaderingen of rescue-experimenten.
| Context | Gegevens over autofagiemarkers | Methode voor de bepaling van de autofagiestroom | Resultaat | Interpretatie |
| Wateroplosbaar nanoperlpoeder; MC3T3-E1 | Gerapporteerde veranderingen in het LC3/p62-pad | Fluxvalidatie onvolledig gerapporteerd in het geëxtraheerde manuscript | Hogere osteogene markers; inhibitor verzwakte de respons | Parelspecifieke associatie met differentiatie |
| Oxidatieve/metabole stress in osteoblasten | veranderingen in LC3, p62, Beclin-1, AMPK of PI3K/AKT/mTOR | Variabel; bafilomycine A1/chloroquine is vaak nodig | Bescherming of apoptose afhankelijk van stress | Definieert protectieve versus dysfunctionele autofagie |
| Vergelijkende studies naar titanium/zilver/silica/tantalum/dicalciumsilicaat | LC3/p62 en veranderingen in het signaalpad | Variabel; sommige flux- of modulatie-assays | Osteogenese, proliferatie of letsel | Hypothesevorming voor pearl-studies |
| Toekomstige formuleringen op basis van parels | LC3-II, p62, Beclin-1, mitofagiemarkers | Vereist: lysosomale remmer plus tijdverloop, genetische modificatie/rescue indien haalbaar | Viabiliteit, ROS, mitochondriaal potentieel, mineralisatie | Noodzakelijk om adaptieve, neutrale of schadelijke responsen te classificeren |
Tabel 2: Bewijs voor autofagie relevant voor osteoblasten en biomateriaalresponsen. De tabel maakt onderscheid tussen studies die enkel markers gebruikten en studies waarbij fluxvalidatie vereist was, en maakt een onderscheid tussen parelspecifiek bewijs en hypothesen afgeleid van comparatoren. Afkortingen: LC3 = microtubule-associated protein 1 light chain 3; p62 = sequestosome 1; TEM = transmissie-elektronenmicroscopie; NR = niet gerapporteerd.
WSM-gemedieerde cytotoxiciteit-autofagie-osteogenese-as
De voorgestelde as is een testbaar model, geen vastgestelde route. Het direct parel-specifieke deel is de blootstelling aan WSM of nanoparels geassocieerd met osteogene markers in geselecteerde cel- en scaffoldmodellen. Het deel afgeleid van de comparator is de mogelijke high-stress-tak waarbij ROS, mitochondriale beschadiging, lysosomale belasting en geblokkeerde autofagie betrokken zijn. De hypothese die gevalideerd moet worden, is dat adaptieve autofagie overgaat in dysfunctionele autofagie en verminderde osteogenese bij een specifieke drempelwaarde.
Op basis van de beschikbare dosis-responslogica kunnen drie voorlopige zones als leidraad voor experimenten dienen. Een osteogenese-bevorderende zone zou de levensvatbaarheid behouden, het mitochondriale membraanpotentiaal handhaven, vertraagde accumulatie van ROS voorkomen, een volledige autofagische flux vertonen en de mineralisatie verhogen na normalisatie naar het celgetal. Een zone zonder duidelijk effect zou materiaaltolerantie vertonen zonder betekenisvolle osteogene winst. Een toxisch-beschadigende zone zou een dalende levensvatbaarheid, aanhoudende ROS, mitochondriale dysfunctie, p62-accumulatie of geblokkeerde flux, inflammatoire activatie en verminderde osteogene eindpunten vertonen. De partikelgrootte, aggregatietoestand, blootstellingsduur en de afgiftesnelheid van WSM kunnen deze zones verschuiven (Figuur 1).
Figuur 1: Op bewijs gebaseerd kader voor WSM-cytotoxiciteit-autofagie-osteogenese. Doorgetrokken pijlen geven relaties aan die worden ondersteund door pearl-specifieke studies, inclusief geselecteerde effecten van WSM of nano-pearls op osteogene markers. Gestippelde pijlen geven links aan die zijn afgeleid van comparatoren of hypothetisch zijn, waaronder ROS-accumulatie, mitochondriale beschadiging, lysosomale belasting, geblokkeerde autofagie en verminderde osteogenese. Afkortingen: WSM = water-soluble matrix; ROS = reactieve zuurstofverbindingen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Uitdagingen en beperkingen
Dit artikel is een narratieve review en geen systematische review. Studies zijn geselecteerd om parelspecifiek osteogeen bewijs, bewijs over de samenstelling van nacre/WSM, scaffold- en defectherstelmodellen, en vergelijkende nanodeeltjesstudies relevant voor oxidatieve stress, mitochondriale beschadiging en autofagie in kaart te brengen. Er is geen formele meta-analyse, risk-of-bias scoring of uitputtend systematisch zoekprotocol uitgevoerd. Daarom dient deze review bij voorkeur te worden geïnterpreteerd als een bewijskaart en onderzoeksagenda, in plaats van als een kwantitatieve schatting van het effectformaat.
De sterkte van het bewijs verschilt per bewering. Directe osteogene activiteit in geselecteerde materialen afgeleid van parels wordt matig ondersteund. WSM-specifieke effecten zijn aannemelijk, maar afhankelijk van de preparatie. Het voordeel via scaffolds wordt slechts matig ondersteund en wordt beïnvloed door architecturale effecten en effecten van de drager. In vivo herstel is veelbelovend, maar blijft beperkt door de duur van de follow-up en veiligheidseindpunten. Parel-specifieke cytotoxiciteit bij hoge doses en autofagie-gemedieerde schade blijven zwak ondersteund of hypothetisch totdat er gegevens over flux, ROS, mitochondriën, inflammatie en langetermijn in vivo data zijn verzameld.
Toekomstperspectieven
Kortetermijnprioriteiten zijn het standaardiseren van de materiaalkarakterisering, het identificeren van actieve WSM-componenten en het vaststellen van minimale vereisten voor de autofagie-fluxanalyse. Een aanbevolen protocol voor dezelfde batch zou de partikelgrootte, morfologie, zetapotentieel, kristalfase, aggregatie in medium, WSM-afgifteprofiel, calciumafgifte, ROS, mitochondriaal membraanpotentieel, lysosomale functie, autofagische flux, viabiliteit, ALP, Runx2, OPN, OCN en mineralisatie moeten meten. Rapporten moeten de dosismetriek, serumconditie, blootstellingsduur, normalisatie naar celgetal en het gebruik van fluxremmers zoals bafilomycine A1 of chloroquine vermelden.
De langetermijndoelen zijn het definiëren van gepersonaliseerde of defectspecifieke dosisvensters, het evalueren van de langetermijnveiligheid in grootdier-modellen, het vergelijken van de degradatiesnelheid met de snelheid van botregeneratie en het voltooien van een multicentrische preklinische validatie. De go/no-go-criteria moeten onder meer omvatten: aanvaardbare acute en vertraagde levensvatbaarheid, afwezigheid van aanhoudende ROS of mitochondriële beschadiging, behouden of verhoogde mineralisatie genormaliseerd naar het celgetal, reproduceerbare WSM-afgifte, afwezigheid van chronische ontsteking of ectopische weefselrespons, aanvaardbare zwaremetalen- en endotoxineprofielen en degradatieproducten die compatibel zijn met het lokale en systemische metabolisme (Figuur 2).
Figuur 2: Dosisvenstermodel voor biomaterialen afgeleid van parels. De zone van lage tot matige blootstelling vertegenwoordigt het vermeende venster voor het bevorderen van osteogenese; de middelste zone vertegenwoordigt tolerantie zonder duidelijk voordeel; de zone van hoge of langdurige blootstelling vertegenwoordigt een hypothese die parelspecifieke validatie vereist. De labels bij de pijlen geven aan dat de partikelgrootte, aggregatie, WSM-vrijgave en blootstellingsduur de zonegrenzen kunnen verschuiven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Conclusies
Geselecteerde formuleringen afgeleid van parels en bevattende WSM vertonen osteogene potentie in specifieke preklinische modellen, maar dit bewijs kan nog niet worden gegeneraliseerd naar alle nano-parel- of WSM-formuleringen zonder gestandaardiseerde tests voor dosis, afgifte, autofagische flux en veiligheid. Het sterkste directe bewijs heeft betrekking op de osteogene stimulatie in gedefinieerde cel- en steigersystemen, terwijl het bewijs voor parelspecifieke toxiciteit bij hoge doses, dysfunctionele autofagie, immunogeniciteit, risico's door zware metalen en chronische biosafety zwakker blijft en vaak is geëxtrapoleerd uit vergelijkingsmaterialen. Het vakgebied moet WSM- en nano-parelsystemen daarom beschouwen als veelbelovende maar onvolledig gevalideerde biomateriaalkandidaten, waarbij toekomstige studies prioriteit moeten geven aan reproduceerbare karakterisering, de definitie van het dosisvenster en de parallelle beoordeling van osteogene en veiligheidseindpunten.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben geen belangenconflicten te verklaren.
Dankbetuigingen
De auteurs danken het Hainan Provincial Science and Technology Talent Innovation Project voor de ondersteuning. Deze review werd gefinancierd door het Hainan Provincial Science and Technology Talent Innovation Project (KJRC2023D25).
Referenties
- Lamghari M, et al. Stimulation of bone marrow cells and bone formation by nacre: in vivo and in vitro studies. Bone. 1999;25(2 Suppl):91S-4S.
- Rousseau M, et al. The water-soluble matrix fraction from the nacre of Pinctada maxima produces earlier mineralization of MC3T3-E1 mouse pre-osteoblasts. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 2003;135(1):1-7.
- Heinemann F, Gummich M, Radmacher M, Fritz M. Modification of CaCO₃ precipitation rates by water-soluble nacre proteins. Mater Sci Eng C. 2011;31(2):99-105.
- Oliveira DV, et al. Identification of proteins with potential osteogenic activity present in the water-soluble matrix proteins from Crassostrea gigas nacre using a proteomic approach. ScientificWorldJournal. 2012;2012:765909.
- Sancho-Tomás M, et al. Calcium carbonate bio-precipitation in counter-diffusion systems using the soluble organic matrix from nacre and sea-urchin spine. Eur J Mineral. 2014;26(4):523-35.
- Li SG, et al. In vivo study on osteogenic efficiency of nHA/gel porous scaffold with nacre water-soluble matrix. Tissue Cell. 2024;88:102347.
- Ruan R, et al. Converting ocean nacre into bone mineral matrix composite for bone regeneration: in vitro and in vivo studies. Mater Des. 2024;245:113271.
- Liu B, et al. 3D printing nacre powder/sodium alginate scaffold loaded with PRF promotes bone tissue repair and regeneration. Biomater Sci. 2024;12(9):2418-33.
- Guo W, et al. Ionic substitution through bredigite doping for microstructure and performance adjustment in DLP 3D-printed TPMS porous HA bone scaffolds. Virtual Phys Prototyp. 2024;19(1).
- Guo W, et al. Biomimetic TPMS porous hydroxyapatite bone scaffolds doped with bioactive glass: digital light processing additive manufacturing, microstructure and performance. Compos Part A Appl Sci Manuf. 2025;193:108870.
- Guo W, et al. Niobium carbide-functionalized polylactic acid bone scaffold with near-infrared light-mediated shape memory and photothermal therapy for complex bone defects. Int J Biol Macromol. 2025;322(Pt 1):146578.
- Guo W, et al. Functionalized degradable soybean oil-based biomimetic porous scaffolds for complex bone defects: vat photopolymerization additive manufacturing, photothermal-mediated shape memory and tumor thermotherapy. Compos Sci Technol. 2026;265:111412.
- Guo W, et al. Multi-element CuFeSe₂ nanoparticle-functionalized 3D-printed polylactic acid scaffolds with photothermal shape memory and therapy for complex bone defects. Ceram Int. 2026. doi:10.1016/j.ceramint.2025.10.016.
- Chaturvedi R, Singha PK, Dey S. Water soluble bioactives of nacre mediate antioxidant activity and osteoblast differentiation. PLoS One. 2013;8(12).
- Xu J, et al. The osteoinductive effect of nano-nacre particles on MC-3T3 E1 preosteoblast through controlled release of water soluble matrix and calcium ions. Dent Mater J. 2019;38(6):981-6.
- Cheng Y, Zhang W, Fan H, Xu P. Water-soluble nano-pearl powder promotes MC3T3-E1 cell differentiation by enhancing autophagy via the MEK/ERK signaling pathway. Mol Med Rep. 2018;18(1):993-1000.
- Suwannasing C, et al. The osteoinductive effect of water-soluble matrix from nano-nacre particles of Haliotis diversicolor abalone on MC3T3-E1 osteoblasts. Appl Sci. 2025;15(6):2907.
- Bernier MC, El Kirat K, Besse M, Morandat S, Vayssade M. Preosteoblasts and fibroblasts respond differently to anatase titanium dioxide nanoparticles: a cytotoxicity and inflammation study. Colloids Surf B Biointerfaces. 2012;90:68-74.
- Inkielewicz-Stepniak I, et al. Titanium dioxide nanoparticles enhance production of superoxide anion and alter the antioxidant system in human osteoblast cells. Int J Nanomedicine. 2015;10:1095-107.
- Jin Y, et al. Oxidative stress-induced apoptosis of osteoblastic MC3T3-E1 cells by hydroxyapatite nanoparticles through lysosomal and mitochondrial pathways. RSC Adv. 2017;7(21):13010-8.
- Suh KS, Lee YS, Seo SH, Kim YS, Choi EM. Effect of zinc oxide nanoparticles on the function of MC3T3-E1 osteoblastic cells. Biol Trace Elem Res. 2013;155(2):287-94.
- Ye M, Shi B. Zirconia nanoparticles-induced toxic effects in osteoblast-like 3T3-E1 cells. Nanoscale Res Lett. 2018;13(1):353.
- Zielinska E, Tukaj C, Radomski MW, Inkielewicz-Stepniak I. Molecular mechanism of silver nanoparticles-induced human osteoblast cell death: protective effect of inducible nitric oxide synthase inhibitor. PLoS One. 2016;11(10).
- Andrée L, et al. Effect of hydroxyapatite nanoparticle crystallinity and colloidal stability on cytotoxicity. ACS Biomater Sci Eng. 2024;10(11):6964-73.
- Steckiewicz KP, Dmochowska M, Megiel E, Barcińska E, Inkielewicz-Stępniak I. Functionalization-dependent cytotoxicity of silver nanoparticles: a comparative study of chlorhexidine and metronidazole conjugates. Biomolecules. 2025;15(6):850.
- Xu J, Ze X, Zhao L, Sheng L, Ze Y. Titanium dioxide nanoparticles oral exposure induce osteoblast apoptosis, inhibit osteogenic ability and increase lipogenesis in mouse. Ecotoxicol Environ Saf. 2024;277:116367.
- Porter GC, et al. Endocytosed silver nanoparticles degrade in lysosomes to form secondary nanoparticle structures during expression of autophagy genes in osteogenic cells. Nanomedicine. 2021;33:102355.
- Chinese Pharmacopoeia Commission. Pharmacopoeia of the People’s Republic of China. Vol 1. Chinese Pharmacopoeia pearl powder quality standard. China Medical Science Press; Beijing; 2025.
- Wang X, Feng Z, Li J, Chen L, Tang W. High glucose induces autophagy of MC3T3-E1 cells via ROS-AKT-mTOR axis. Mol Cell Endocrinol. 2016;429:62-72.
- Liu W, et al. Dexamethasone-induced production of reactive oxygen species promotes apoptosis via endoplasmic reticulum stress and autophagy in MC3T3-E1 cells. Int J Mol Med. 2018;41(4):2028-36.
- Wang S, et al. Excessive production of mitochondrion-derived reactive oxygen species induced by titanium ions leads to autophagic cell death of osteoblasts via the SIRT3/SOD2 pathway. Mol Med Rep. 2020;22(1):257-64.
- Ruolan W, Liangjiao C, Longquan S. The mTOR/ULK1 signaling pathway mediates the autophagy-promoting and osteogenic effects of dicalcium silicate nanoparticles. J Nanobiotechnology. 2020;18(1):119.
- She C, Zhu LQ, Zhen YF, Wang XD, Dong QR. Activation of AMPK protects against hydrogen peroxide-induced osteoblast apoptosis through autophagy induction and NADPH maintenance: new implications for osteonecrosis treatment? Cell Signal. 2014;26(1):1-8.
- Zuo X, et al. Protective effect of photobiomodulation against hydrogen peroxide-induced oxidative damage by promoting autophagy through inhibition of PI3K/AKT/mTOR pathway in MC3T3-E1 cells. Oxid Med Cell Longev. 2022;2022:7223353.
- Shi Y, et al. Monotropein attenuates oxidative stress via Akt/mTOR-mediated autophagy in osteoblast cells. Biomed Pharmacother. 2020;121:109566.
- Chen F, et al. 5-(3′,4′-dihydroxyphenyl)-γ-valerolactone, a microbiota metabolite of flavan-3-ols, activates SIRT1-mediated autophagy to attenuate H₂O₂-induced inhibition of osteoblast differentiation in MC3T3-E1 cells. Free Radic Biol Med. 2023;208:309-18.
- Ling Z, et al. Copper-doped bioactive glass promotes matrix vesicles-mediated biomineralization via osteoblast mitophagy and mitochondrial dynamics during bone regeneration. Bioact Mater. 2025;46:195-212.
- Ha SW, Weitzmann MN, Beck GR Jr. Bioactive silica nanoparticles promote osteoblast differentiation through stimulation of autophagy and direct association with LC3 and p62. ACS Nano. 2014;8(6):5898-910.
- Kang C, et al. Involvement of autophagy in tantalum nanoparticle-induced osteoblast proliferation. Int J Nanomedicine. 2017;12:4323-33.
- Kang C, et al. Assessment of tantalum nanoparticle-induced MC3T3-E1 proliferation and underlying mechanisms. J Mater Sci Mater Med. 2021;32(11):133.
- Li L, et al. Nanotopography on titanium promotes osteogenesis via autophagy-mediated signaling between YAP and β-catenin. Acta Biomater. 2019;96:674-85.