Rapid assessment of the osteogenic capacity of hydroxyapatite/aragonite using a murine tibial periosteal ossification model
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Notice bibliographique
Résumé
Biomaterials are widely used as orthopaedic implants and bone graft substitutes. We aimed to develop a rapid osteogenic assessment method using a murine tibial periosteal ossification model to evaluate the bone formation/remodelling potential of a biomaterial within 2–4 weeks. A novel hydroxyapatite/aragonite (HAA) biomaterial was implanted into C57BL/6 mice juxtaskeletally between the tibia and tibialis anterior muscle. Rapid intramembranous bone formation was observed at 14 days, with 4- to 8-fold increases in bone thickness and callus volume in comparison with sham-operated animals ( p < 0.0001), followed by bone remodelling and a new layer of cortical bone formation by 28 days after implantation. The addition of zoledronate, a clinically-utilised bisphosphonate, to HAA, promoted significantly more new bone formation than HAA alone over 28 days ( p < 0.01). The osteogenic potential of HAA was further confirmed by implanting into a 3.5 mm diameter femoral cancellous bone defect in rats and a 5 mm diameter femoral cortical bone defect in minipigs. To understand the biodegradation and the cellular activity at the cell/biomaterial interfaces, non-decalcified specimens were resin embedded and sections subjected to combined scanning electron microscopy (SEM)/electron backscatter diffraction (EBSD)/energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) analysis. We conclude that murine tibial periosteal ossification is a novel method for rapid assessment of the interaction of bioactive materials with osteogenic tissues. This study also highlights that combining calcium carbonate with hydroxyapatite enhances biodegradation and osteogenesis. A murine animal model for rapid assessment of osteogenesis. • A novel murine in vivo model enables rapid assessment of the bone formation capacity of a biomaterial within 14 days. • No bone defects or fractures are involved, ensuring minimal animal suffering. • Significant trabecular callus bone formation from tibial periosteal osteogenic cells is observed within 14 days, which remodels into a new cortical bone layer by 28 days. • New bone formation is quantifiable using μCT and histology, showing a four-to eight-fold increase in tibial thickness and callus formation. • The bone formation and remodelling capacity of HAA biomaterials are reproducible in bone defects in both rats and larger animals.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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