Light-cured chitosan-based hydrogels for bone healing An integrative review

Abstract

Introduction: Bone healing is a process that can be improved by using techniques such as bone graft or bone tissue engineering. Light-cured chitosan-based hydrogels are a very promising bone tissue engineering approach to help with bone healing. Purpose: The main aim of this study was to perform an integrative review on the effects of chitosan-based hydrogels on enhanced bone healing. Material and Methods: A search was performed on the PubMed database, using the following key terms: “chitosan” AND “riboflavin” OR “photoinitiator” OR “methacrylate” OR “methacrylamide” OR “photo” AND “bone OR “osteoblast”. Articles in English language, published from January 2009 to May 2023 were included. Results: A total of 23 studies were included in the present review. The selected studies assessed hybrid chitosan-based hydrogels with the incorporation of different bioactive compounds. Discussion: Bioactive components such as collagen, hyaluronic acid, peptides, growth factors, and recombinant proteins significantly improved the cell viability of osteogenic cells at around 80 and 90%. The addition of inorganic fillers and the intricate cross-linking of the organic matrix increased the mechanical strength and pores’ network of the hydrogels leading to a balanced degradation. Additionally, the incorporation of antimicrobial compounds such as vancomycin induce the inhibition of bacteria growth surrounding the hydrogels. Conclusions: Several hybrid chitosan-based hydrogels can be developed by adding bioactive inorganic fillers and biomolecules. The combination of bioactive compounds and molecules provide multi-function effects regarding the stimuli of osteogenic cells and inhibition of bacteria that is beneficial for the bone healing process.

Introdução: O reparo ósseo é um processo que pode ser melhorado usando técnicas como o enxerto ósseo ou a engenharia de tecidos ósseos. Os hidrogéis derivados de quitosano são uma solução de engenharia de tecidos ósseos promissora para a melhoria da cicatrização óssea. Objectivo: O principal objectivo deste estudo foi efetuar uma revisão integrativa sobre os efeitos dos hidrogéis derivados de chitosan no reparo ósseo. Material e Métodos: Foi efetuada uma pesquisa na base de dados PubMed, utilizando os seguintes termos de busca: "chitosan" AND "riboflavin" OR "photoinitiator" OR "methacrylate" OR "methacrylamide" OR "photo" AND "bone OR "osteoblast". Foram incluídos apenas artigos em inglês, publicados entre janeiro de 2009 até maio de 2023. Resultados: Um total de 23 estudos foram incluídos neste trabalho de revisão. Os estudos selecionados avaliaram hidrogéis híbridos à base de quitosana com a incorporação de diferentes compostos bioativos. Discussão: Componentes bioativos como colágeno, ácido hialurônico, peptídeos, fatores de crescimento e proteínas recombinantes melhoraram significativamente a viabilidade de células osteogênicas na faixa de 80 a 90%. A partículas de carga inorgânica e a intrincada reticulação da matriz orgânica aumentaram a resistência mecânica e a rede de poros dos hidrogéis, levando a uma absorção balanceada do hidrogel. Além disso, a incorporação de compostos antimicrobianos como a vancomicina induz a inibição do crescimento de bactérias ao redor dos hidrogéis. Conclusões: Vários hidrogéis híbridos à base de quitosana podem ser desenvolvidos adicionando partículas de carga inorgânica bioativas e biomoléculas. A combinação de compostos variados e moléculas bioativas proporcionam efeitos multifuncionais quanto ao estímulo de células osteogênicas e a inibição de bactérias o que favorece o processo de reparo ósseo.