Repair of osteonecrosis of the femoral head : 3D printed Cervi cornus Colla deproteinized bone scaffolds

Osteonecrosis of the femoral head (ONFH) is a common joint disease and a major cause of morbidity.

These results suggest that CCC-deproteinized bone scaffold implants facilitated the repair of ONFH in rats. This research provides a new therapeutic approach for the repair of early and mid-term ONFH. Hintergrund: Die Osteonekrose des Hüftkopfes (ONFH) ist eine häufige Gelenkerkrankung und eine der wichtigsten Ursachen für Morbidität. Ziel: In dieser Studie wurden deproteinisierte Knochengerüste aus Hirschhorngelatine (Cervi cornus colla, CCC) entwickelt und mittels eines 3‑D-Druckers hergestellt, um eine ONFH bei Ratten zu behandeln. Material und Methoden: Die deproteinisierten CCC-Knochengerüste wurden mittels eines 3‑D-Druckers hergestellt unter Verwendung von Polycaprolacton gemischt mit deproteinisiertem CCC-Knochenmehl. Die Gerüste wurden unter einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet und einer Kompressionsanalyse unterzogen. Osteoblasten wurden aus Ratten isoliert und auf die Gerüste gezogen. Zellproliferations-Assays wurden mittels des MTT-Kits von Promega durchgeführt. Eine ONFH wurde bei Ratten induziert, und ein deproteinisiertes CCC-Knochengerüst wurde in den nekrotischen Hüftkopf implantiert. Allgemeine Beobachtungen, Röntgenaufnahmen und pathologische Untersuchungen des Hüftkopfes wurden durchgeführt, um die Behandlungen einer ONFH bei Ratten zu evaluieren. Ergebnisse: Die Gerüste waren porös mit einem mittleren Durchmesser von 315,70 ± 41,52 nm und einer Porosität von 72,86 ± 5,45 %. Sie zeigten günstige mechanische Eigenschaften und Degeneration. In-vitro-Assays zeigten, dass sich Osteoblasten in den Poren ansammelten und an den Gerüsten anhafteten. Die deproteinisierten CCC-Knochengerüste verbesserten die Proliferation der Osteoblasten. Die In-vivo-Experimente zeigten, dass der allgemeine Beobachtungsscore von Ratten in der Gruppe, welcher ein CCC-Knochengerüst implantiert worden war, signifikant höher war als in der Kontrollgruppe. Die Röntgenaufnahmen zeigten eine signifikante Verminderung der ONFH bei Ratten mit einem implantierten CCC-Knochengerüst. Die Hüftköpfe von Ratten in der Behandlungsgruppe zeigten weniger Destruktion oder Ossifikation der Knorpelzellen, wenige Knochenzementlinien und eine sehr geringe Infiltration in der medullären Kavität. Schlussfolgerung: Diese Ergebnisse zeigen, dass deproteinisierte CCC-Knochengerüstimplantate die Rekonstruktion unterstützen. Diese Studie stellt einen neuen Therapieansatz für die Behandlung einer frühen und mittelfristigen ONFH vor.

The CCC-deproteinized bone scaffolds were 3D-printed using polycaprolactone mixed with the CCC-deproteinized bone powder. The scaffolds were viewed under a scanning electron microscope and subjected to compression analysis. Osteoblasts were isolated from rats and coated onto the scaffolds. Cell proliferation assays were performed with the MTT (3‑[4,5-dimethylthiazole‑2]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) kit from Promega. An ONFH was induced in rats and a CCC-deproteinized bone scaffold was implanted into the necrotic femoral head. General observations, X‑ray imaging, and pathological examination of the femoral head were performed to evaluate the treatment of ONFH in the rats.

The CCC-deproteinized bone scaffolds were 3D-printed using polycaprolactone mixed with the CCC-deproteinized bone powder. The scaffolds were viewed under a scanning electron microscope and subjected to compression analysis. Osteoblasts were isolated from rats and coated onto the scaffolds. Cell proliferation assays were performed with the MTT (3‑[4,5-dimethylthiazole‑2]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) kit from Promega. An ONFH was induced in rats and a CCC-deproteinized bone scaffold was implanted into the necrotic femoral head. General observations, X‑ray imaging, and pathological examination of the femoral head were performed to evaluate the treatment of ONFH in the rats.

In this study Cervi cornus Colla (CCC) deproteinized bone scaffolds were designed and three dimensional (3D)-printed for the repair of ONFH in rats. Material and

The scaffolds were porous with a mean pore diameter of 315.70 ± 41.52 nm and a porosity of 72.86 ± 5.45% and exhibited favorable mechanical properties and degradation. In vitro assays showed that osteoblasts accumulated in the pores and adhered to the scaffolds. The CCC-deproteinized bone scaffolds enhanced the proliferation of osteoblasts. The in vivo experiments revealed that the general observation score of rats in the CCC-scaffold implanted group was significantly higher than that in the control group. The X‑ray images showed significant alleviation of ONFH in the CCC-deproteinized bone scaffold implanted rats. The femoral heads of rats in the treatment group showed less destruction or ossification of cartilage cells, few bone cement lines, very little necrosis or irregularities on the cartilage surface and only a small amount of inflammatory cell infiltration in the medullary cavity.