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3D printed PLGA scaffold with nano-hydroxyapatite carrying linezolid for treatment of infected bone defects - 29/02/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116228 
A.li mu Ke re mu a, Zhi lin Liang a, Linlin Chen b, Ai ke bai er Tu xun a, Mai mai ti ai li A bu li ke mu a, , Yuan quan Wu a,
a Orthopedics Center, First People's Hospital of Kashgar, Kashgar 844000, Xinjiang, China 
b Nanjing Genebios Biotechnology Co., Ltd., Nanjing 21100, China 

Correspondence to: First People's Hospital of Kashgar, 120 Yingbin Road, Kashgar 844000, Xinjiang, PR ChinaFirst People's Hospital of Kashgar120 Yingbin RoadKashgarXinjiang844000PR China

Abstract

Background

Linezolid has been reported to protect against chronic bone and joint infection. In this study, linezolid was loaded into the 3D printed poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) scaffold with nano-hydroxyapatite (HA) to explore the effect of this composite scaffold on infected bone defect (IBD).

Methods

PLGA scaffolds were produced using the 3D printing method. Drug release of linezolid was analyzed by elution and high-performance liquid chromatography assay. PLGA, PLGA-HA, and linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds, were implanted into the defect site of a rabbit radius defect model. Micro-CT, H&E, and Masson staining, and immunohistochemistry were performed to analyze bone infection and bone healing. Evaluation of viable bacteria was performed. The cytocompatibility of 3D-printed composite scaffolds in vitro was detected using human bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs). Long-term safety of the scaffolds in rabbits was evaluated.

Results

The linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds exhibited a sustained release of linezolid and showed significant antibacterial effects. In the IBD rabbit models implanted with the scaffolds, the linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds promoted bone healing and attenuated bone infection. The PLGA-HA scaffolds carrying linezolid upregulated the expression of osteogenic genes including collagen I, runt-related transcription factor 2, and osteocalcin. The linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds promoted the proliferation and osteogenesis of BMSCs in vitro via the PI3K/AKT pathway. Moreover, the rabbits implanted with the linezolid-loaded scaffolds showed normal biochemical profiles and normal histology, which suggested the safety of the linezolid-loaded scaffolds.

Conclusion

Overall, the linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds fabricated by 3D printing exerts significant bone repair and anti-infection effects.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds exhibited a sustained release of linezolid.
Linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds promoted bone healing in rabbit radius defect model.
Linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds prevented infection in vivo.
Linezolid-loaded PLGA-HA scaffolds exhibited good biocompatibility and promoted osteogenesis.

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Keywords : Linezolid, PLGA-HA, Scaffolds, Bone defects, Bone regeneration, Infection


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