Development of poly(propylene fumarate) (PPF), vinyl phosphonic acid (VPA) and vinyl phosphonic acid di-ethyl ester (VPES) based scaffolds for bone tissue engineering

Abstract

Kemik hasarlarının tedavisinde, otolog ve allojenik kemik nakilleri veya kalıcı protez implantlar kullanılmaktadır. Bu tekniklerdeki kısıtlamalar ve dezavantajlar, hasarlı kemik dokuları iyileştirmek için başka yollar bulmaya yol açmıştır. Hasarlı bölgeye yapısal destek olan ve kemik oluşumunu destekleyen, bir iskelet olarak işlev gören, biyolojik olarak parçalanabilen bir materyal arzu edilen bir çözümdür.Polipropilen fumarat (PPF) doymamış bir poliesterdir. PPF biyo-uyumlu ve biyo-bozunur bir termoset vermek üzere bir vinil monomer ile kopolimerleştirilebilir. Son zamanlarda, N-vinil pirolidon (VP) komonomer olarak, kemiğin hasarlı alanını desteklemek için PPF ile farklı ağırlık oranlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna ek olarak, ortaya çıkan biyomateryalin ayrıca kemik oluşumunu yönlendiren bir iskelet işlevi gördüğü gözlenmiştir. Ayrıca, PPF/VP biyomateryalinin (organik katkı maddeleri içeren) kompozitleri, kemik doku mühendisliğinde iskeleler olarak kullanılmak üzere ümit vaad eden sonuçlar vermiştir.Bu çalışmada, PPF polimeri propilen glikol fazlası ve fumarik asidin polikondenzasyonu ile sentezlenmiştir. PPF ön-polimeri daha sonra benzoil peroksit başlatıcısı varlığında vinilfosfonik asit (VPA) ve dietil vinilfosfonat (VPES) ile termal olarak, ko-monomer ve başlatıcı ağırlık oranları değiştirilerek radikal polimerizasyon yoluyla kür edilmiştir. Ek olarak sentezlenmiş PPF, aynı ko-monomerlerle, fenilbis (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfin oksit varlığında UV ışınıyla kür edilmiştir. .Ko-monomer içeriğinin, elde edilen biyomalzemelerin termal özellikleri, mekanik özellikleri, biyolojik bozunabilirlikleri ve hidrofilisiteleri üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. VPA ve VPES kullanımı ile elde edilen malzemelerin biyo-uyumluluğu ise MTS deneyi ile analiz edilmiştir. Ayrıca osteoblast aktivitesini gözlemlemek için von kossa, alkalen fosfataz ve osteokalsin aktiviteleri değerlendirilmiştir.

Autologous and allogenous bone grafts or permanent prosthetic implants are used in treatment of bone damages. The limitations and disadvantages of these techniques led to find other ways of healing the damaged bones. A biodegradable material which acts as a structural support to the damaged area and as a scaffold that guides bone formation is one desirable solution. Biodegradable materials have the advantage of enhancing the regeneration of the damaged area.Polypropylene fumarate (PPF) is an unsaturated polyester. PPF can be copolymerized with a vinyl monomer to give a biocompatible and biodegradable thermoset. Recently, N-vinyl pyrrolidone (VP) is widely used as a co-monomer with PPF in different weight ratios in order to support the damaged area of a bone. In addition, it is observed that the resulting biomaterial also acts as a scaffold that guides the bone formation. Moreover, composites of PPF/VP biomaterial (containing organic additives) gave promising results as bone tissue engineering scaffolds.In this study, the PPF polymer was synthesized via polycondensation of excess propylene glycol and fumaric acid. The PPF pre-polymer was then thermally cured with vinylphosphonic acid (VPA) and diethyl vinylphosphonate (VPES) in the presence of benzoyl peroxide initiator, via radical polymerization at changing co-monomer and initiator weight ratios. Additionally synthesized PPF was cured via UV light in the presence of phenylbis(2,4,6-trimethylnbenzoyl)phosphine oxide with the same co-monomers.Effect of co-monomer contents on thermal transitions, thermomechanical properties, compressive properties, biodegradability and hydrophilicity of the resulting biomaterials were evaluated. Biocompatability of the resulting materials with the use of VPA and VPES was analysed by the MTS assay. Results of von kossa, alkaline phosphatase and osteocalcin activities were evaluated in order to observe the osteoblast activity.