Bioactive scaffolds harnessing ionic modifications to promote osteogenesis and angiogenesis in bone regeneration

• Paula M. Riosalido ^[3] ; Marcela Arango-Ospina ^[1] ; Pablo Velasquez ^[3] ; Ángel Murciano ^[3] ; Aldo R. Boccaccini ^[1] ; Piedad N. De Aza ^[2]
  1. [1] University of Erlangen-Nuremberg

     University of Erlangen-Nuremberg

     Kreisfreie Stadt Erlangen, Alemania

     
  2. [2] Universidad Miguel Hernández de Elche

     Universidad Miguel Hernández de Elche

     Elche, España

     
  3. [3] Miguel Hernandez University, Elche, Spain

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• Localización: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, ISSN 0366-3175, Vol. 64, Nº. 4, 2025
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Andamios bioactivos con modificaciones iónicas para promover la osteogénesis y la angiogénesis en la regeneración ósea
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    Este estudio propone la modificación de andamios multicapa basados en el sistema SiO₂–CaO–P₂O₅ mediante la incorporación de iones bioactivos, como el magnesio o el litio, con e objetivo de potenciar los procesos celulares implicados en la regeneración ósea. Se prepararon dos tipos de andamios, CS04 y CS05, con diferentes concentraciones de MgO (0,38%; 0,49% p/p). Los andamios obtenidos presentaron una estructura porosa interconectada, con fases cristalinas predominantes de SiO₂, Ca₂P₂O₇ y ϸ-Ca₃(PO₄)₂, una resistencia a la compresión de 1,8 MPa y una porosidad superior al 75%. Los ensayos de bioactividad mostraron que pequeñas variaciones en la cantidad de MgO modificaron la topografía superficial y el comportamiento bioactivo, generando una microestructura laminar (CS04) y a la precipitación de esferas huecas de HA (CS05). Desde una perspectiva biológica, los andamios demostraron ser biocompatibles, al igual que sus productos de disolución a 10 y 100mg/mL. Ambos andamios estimularon la proliferación celular en MC3T3-E1, la deposición de calcio y la diferenciación osteoblástica, reflejado en un incremento de la actividad de la ALP. Además, se observó liberación de VEGF en MC3T3-E1, sugiriendo su potencial angiogénico. Estos resultados indican que los andamios presentan propiedades óptimas para su aplicación en regeneración ósea.

  • English

    This study proposes the modification of multilayer scaffolds based on the SiO₂–CaO–P₂O₅ system by incorporating bioactive ions, such as magnesium or lithium, with the aim of enhancing the cellular processes involved in bone regeneration. Two types of scaffolds, CS04 and CS05, were prepared, varying the amount of MgO (0.38; 0.49% w/w). The prepared scaffolds exhibited an interconnected porous structure, with SiO₂, Ca₂P₂O₇ and ϸ-Ca₃(PO₄)₂ as predominant crystalline phases, a compressive strength of 1.8 MPa and a porosity above 75%. Bioactivity tests demonstrated that minor variations in the amount of MgO altered the surface topography and bioactive behaviour, resulting in a lamellar microstructure (CS04) and precipitation of hollow HA spheres (CS05). From a biological point of view, the scaffolds proved to be biocompatible, as were their dissolution products at 10 and 100mg/mL. Both promoted MC3T3-E1 cell proliferation, calcium deposition and osteoblastic differentiation, as reflected by increased ALP activity. In addition, they induced VEGF release in MC3T3-E1, thereby demonstrating their angiogenic potential. Taken together, these results suggest that the scaffolds possess optimal properties for bone regeneration applications.