Антиоксидантні властивості остеогенних апатит-полімерних біоматеріалів, функціоналізованих фітосполуками

Abstract

Інноваційні методи регенерації пошкодженої кістки передбачають використання нових матеріалів з інкорпорованими біологічно активними молекулами, стовбуровими клітинами, наночастинками вуглецю та металів (НЧ). Кераміка на основі ортофосфатів кальцію є альтернативою нативній кістковій тканині, а її модифікація наночастинками для покращення властивостей та функціональності композитів є новим напрямком у науці про біоматеріали. Відомий токсичний вплив НЧ на організм людини шляхом провокування оксидативного стресу через утворення активних форм кисню (АФК), надмірна кількість яких спричиняє пошкодження ДНК і загибель оточуючих клітин, вимагає пошуку ефективних антиоксидантів для біоматеріалів. Матеріали і методи. Проведено огляд літератури щодо використання біологічно активних сполук рослинного походження, які характеризуються високою антиоксидантною активністю та остеокондуктивними властивостями, в біомедичній інженерії. Результати. Для прискорення остеоінтеграції імплантату важливо захистити кісткові клітини від оксидативного стресу, який посилює запалення і може призвести до відторгнення імплантату. Застосування антиоксидантів, а саме поліфенольних сполук, може покращити біосумісність біоматеріалів та підвищити їх антиоксидантні властивості. В огляді наводяться дані про використання таких біолоігчно активних фітосполук, як екстракти лікарських рослин (Fructus chebulae, Aloevera, Camelia sinensis, Salvia officinalis), нарингіну, кверцетину, кемпферолу, ресвератролу, катехінів. Шляхом функціоналізації біоматеріалів підтримується відповідна концентрація біоактивних сполук в зоні імплантації, їх вивільнення відбувається контрольовано, що сприяє нейтралізації ROS, проліферації та остеогенній диференціації клітин з остеогенним потенціалом, пригнічується активність остеокластів, регулюються різні сигнальні шляхи. Висновки. Аналіз літературних джерел показав, що поліфенольні сполуки є перспективними фітосполуками для синтезу інноваційних остеогенних біокомпозитних матеріалів. Поєднання поліфенолів з іншими матеріалами покращує біосумісність, антиоксидантні властивості, остеопровідність та остеоіндуктивність біоматеріалів. Здатність рослинних поліфенолів зменшувати запалення і сприяти регенерації тканин, в тому числі кісткових, робить їх перспективними сполуками в біомолекулярній інженерії.

Background. Innovative methods of regenerating damaged bone involve the use of new materials with incorporated biologically active molecules, stem cells, carbon and metal nanoparticles. Ceramics based on calcium orthophosphates are an alternative to native bone tissue, and their modification with nanoparticles (NPs) to improve the properties and functionality of composites is a new trend in the science of biomaterials. The known toxic effect of NPs on the human body by provoking oxidative stress through the formation of reactive oxygen species (ROS), an excessive amount of which causes DNA damage and death of surrounding cells requires the search for effective antioxidants for biomaterials. Materials and Methods. The study was conducted to review the literature on the use of biologically active compounds of plant origin, characterized by high antioxidant activity and osteoconductive properties, in biomedical engineering. Results. To accelerate implant osseointegration, it is important to protect bone cells from oxidative stress, which increases inflammation and can lead to implant rejection. The use of antioxidants, namely polyphenolic compounds, can improve the biocompatibility of biomaterials and increase their antioxidant properties. The review provides data on the use of such biologically active phytocompounds as extracts of medicinal plants (Fructus nebulae, Aloe vera, Camelia sinensis, Salvia officinalis), naringin, quercetin, kaempferol, resveratrol, catechins. By functionalizing biomaterials, the appropriate concentration of bioactive compounds in the implantation zone is maintained, and their release is controlled, which contributes to the neutralization of ROS, the proliferation and osteogenic differentiation of cells with osteogenic potential, the activity of osteoclasts is suppressed, and various signaling pathways are regulated. Conclusions. The analysis of literature sources has shown that polyphenolic compounds are promising phytocompounds used in the synthesis of innovative osteogenic biocomposite materials. The combination of polyphenols with various materials improves the biocompatibility, antioxidant properties, osteoconductivity and osteoinductivity of biomaterials. The ability of plant polyphenols to reduce inflammation and promote tissue regeneration, including bone, makes them promising compounds in biomolecular engineering.