BiomaterialsforRegenerativeMedicine: HistoricalPerspectivesandCurrent Trends
MaryamRahmati,CristianPabloPennisi,EmmaBudd, AliMobasheri,andMasoudMozafari
Abstract
Biomaterialsarekeycomponentsintissueengineeringandregenerativemedicineapplications, withtheintendedpurposeofreducingtheburden ofdiseaseandenhancingthequalityoflifeofa largenumberofpatients.Thesuccessofmany regenerativemedicinestrategies,suchascellbasedtherapies,artificialorgans,andengineered livingtissues,ishighlydependentontheability todesignorproducesuitablebiomaterialsthat cansupportandguidecellsduringtissuehealing andremodellingprocesses. Thischapterpresents
M.Rahmati
CellularandMolecularResearchCenter,IranUniversity ofMedicalSciences(IUMS),Tehran,Iran
BioengineeringResearchGroup,Nanotechnologyand AdvancedMaterialsDepartment,MaterialsandEnergy ResearchCenter(MERC),Tehran,Iran
C.P.Pennisi
LaboratoryforStemCellResearch,DepartmentofHealth ScienceandTechnology,AalborgUniversity,Aalborg, Denmark
E.Budd
TheAPPROACHIMIConsortium,UniversityofSurrey, Guildford,UK
FacultyofHealthandMedicalSciences,Universityof Surrey,Guildford/Surrey,UK
A.Mobasheri(*)
TheD-BOARDFP7Consortium,UniversityofSurrey, Guildford,UK
TheAPPROACHIMIConsortium,UniversityofSurrey, Guildford,UK
anoverviewaboutbasicresearchconcerningthe useofdifferentbiomaterialsfortissueengineeringandregenerativemedicineapplications. Startingfromahistorical perspective,thechapter introducesthebasicprinciplesofdesigning biomaterialsfortissueregenerationapproaches. Themainfocusissetondescribingthemain classesofbiomaterialsthathavebeenappliedin regenerativemedicine,includingnaturaland syntheticpolymers,bioactiveceramics,and composites.Foreachclassofbiomaterials, someofthemostimportantphysicochemical
FacultyofHealthandMedicalSciences,Universityof Surrey,Guildford/Surrey,UK
ArthritisResearchUKCentreforSport,Exerciseand Osteoarthritis,Queen’sMedicalCentre,Nottingham,UK
DepartmentofRegenerativeMedicine,StateResearch InstituteCentreforInnovativeMedicine,Vilnius, Lithuania
e-mail: a.mobasheri@surrey.ac.uk
M.Mozafari(*)
CellularandMolecularResearchCenter,IranUniversity ofMedicalSciences(IUMS),Tehran,Iran
BioengineeringResearchGroup,Nanotechnologyand AdvancedMaterialsDepartment,MaterialsandEnergy ResearchCenter(MERC),Tehran,Iran
DepartmentofTissueEngineering&Regenerative Medicine,FacultyofAdvancedTechnologiesin Medicine,IranUniversityofMedicalSciences(IUMS), Tehran,Iran
e-mail: mozafari.masoud@gmail.com
andbiologicalpropertiesarepresented.Finally, somechallengesandconcernsthatremaininthis fieldarepresentedanddiscussed.
Keywords
Biomaterials·Regenerativemedicine·
Scaffold·Tissueengineering
Abbreviations
BCPBiphasiccalciumphosphate
BMP-2Bonemorphogeneticprotein2
CaPCalciumphosphate
CNFsCarbonnanofibers
CNTsCarbonnanotubes
DLCDiamond-likecarbon
ECMExtracellularmatrix
FBRsForeignbodyresponses
GAGsGlycosaminoglycans
GALGalactoxylose
GLUGlucan
HAHydroxyapatite
hiPSCsHuman-inducedpluripotentstem cells
MCNsMesoporouscarbonnanomaterials
Micro-CTMicrocomputedtomography
MMPMatrixmetalloproteinase
MSCsMesenchymalstemcells
MWCNTsMulti-walledcarbonnanotubes.
PCLPolycaprolactone
PEGPolyethyleneglycol
PEOPolyethyleneoxide
PGAPolyglycolide
PLAPolylactide
PNIPAAmPoly(N-isopropylacrylamide)
POEPolyoxyethylene
PRPPlatelet-richplasma
QDsQuantumdots
SWCNTsSingle-walledcarbonnanotubes
1Introduction
Itiswellknownthatcellsarethefundamental componentofmostregenerativemedicineortissueengineeringstrategies(MasonandDunnill
2008;Mizunoetal. 2012).Differenttypesof cellshavebeensuccessfullyusedfortissueregenerationapplications,includingprimarycellsand stemcells(LeviandLongaker 2011;Lindroos etal. 2011).However,ithasbeenshownthat afterfreecelltransplantationonlyasmallproportionofcellsareengraftedatthetargetsiteand approximately90%ofcellsarelostduringthe firstfewhoursfollowingdelivery(Mooneyand Vandenburgh 2008).Toovercomecelllossand encouragecellengraftment,scientistshave lookedtousecellsincombinationwith biomaterialsand,eventually,specificgrowth factorstoofferasuitablemicroenvironmentfor tissueregeneration(Braghirollietal. 2014;Pina etal. 2015).Biomaterialsareusedtoefficiently transportcellsand/orbioactiveagents,offeringa suitablemicroenvironmenttopromotecellsurvivalandgrowth(AyoubandLucia 2017).A widerangeofnaturalandsyntheticbiomaterials havebeenidentified,whichallowforthenatural depositionofextracellularmatrix(ECM)and regenerationofdamagedtissues(Patietal. 2015;Boersemaetal. 2016;Webberetal. 2016).Thesuccessofmanyregenerativemedicinestrategiessuchascell-basedtherapies,artificialorgans,andengineeredlivingtissues,is highlydependentontheabilitytodesignorproducesuitablebiomaterials(AyoubandLucia 2017).Inaddition,accuratelymanipulatingtheir physicochemicalpropertieshasasignificant importanceinaccomplishingafavourableclinical outcome.Inthedesignofbiomaterialsforregenerativemedicineapplicationsitiscrucialtotake intoaccounttheabilityofthebiomaterialtosupportcellsurvival,suitablecellfunctionafter transplantation,andencouragingautologoustissuegrowth insitu (Ducheyne 2015;Sekułaand Zuba-Surma 2018).Additionally,thebiological performanceofthebiomaterialshouldbecarefullyassessed invitro and invivo,toinvestigate thephysicochemicalproperties,immune response,andbiodegradabilityrate(Ducheyne 2015).Abiomaterialscaffoldshouldprovide mechanicalsupport,form,andcell-scaledesign tosupportneo-tissueformation.Recently,several fabricationmethodshavebeendevisedtoobtain biomaterialswithphysicochemicalproperties
matchingthoseofthetargettissue.Inaddition, withtheaimofenhancingdifferentpropertiesof biomaterialscaffolds,variouscomposite biomaterialshavebeenintroducedbycombining differentnaturalandsyntheticpolymerswithbioactiveceramics.Thischapterfocusesonthe researchconcerningbiomaterialsforuseintissue engineeringandregenerativemedicine applications.Furthermore,thebasicdesign principlesofbiomaterialscaffoldswillbebriefly introduced.Themainbodyofthechapter describesthemainpropertiesofeachclassof biomaterialsforregenerativemedicineandtissue engineering,whichincludesnaturalandsynthetic polymers,ceramics,andcompositematerials. Finally,adiscussionaboutcurrentconcernsand challengesinthe fieldwillbepresented.
2ABriefHistoryoftheOrigin andUseofBiomaterials forTherapeuticPurposes
Forcenturies,amyriadofmaterialshavebeen investigatedandappliedforclinicaltherapeutic purposes.Thesematerialsweremostlyselected basedontheiravailabilityandthebasicknowledgeabouttheirproperties.Itishardtopinpoint theexactdateintimewhenhumanbeingsbegan toapplytheuseofbiomaterials.Forinstance,an embeddedspearpointinthehipofatalland healthybody,datedbackto9000yearsago,was foundnearbyKennewickinWashington(USA). Surprisingly,thespearappearedtobewell engraftedandtherewerenoevidentsignsof foreignbodyresponse(FBR).Tattoosareanother exampleofpermanentinsertionofaforeignmaterialintotheskin,whichdatestoabout5000years ago.Dentalimplantsareamongtheearliest implantsthathavebeenfoundinthebody.The Mayancivilizationshapednacreteethfromsea shellsapproximately600AD,andseemingly accomplishedwhatwecalltoday osseointegration.
Historicallylargewoundswereclosedby eithercauteryorsutures,thereisalsoevidence thattheancientGreeksusedmetallicsutures. Owingtothefunctionoftheheartasapump,it
wasarationalideatoconsidersubstitutingthe heartwithasyntheticpump.In1812,LeGallois statedthatorganscouldbepreservedbyactively pumpingbloodoverthem(MinandSun 2002). Manystudiesonorganperfusionwithpumps werecarriedoutbetween1828and1868.In 1881,Étienne-JulesMareydevisedasynthetic heartdevice,whichmainlyfocusedon investigatingheartbeat(Braun 1994).In1957, Dr.WillemKolffandhisco-workersstudiedthe artificialheartbyusingdogsasanimalmodels (Nosé 2009).ReneDescarteshypothesizedwith theconceptofusingcornealcontactlens’ andin 1827JohnF.W.Herschelpostulatedthataglassbasedlenscouldprotecttheeye(Ratner 2013).
During1914to1918noveladvancedmetallic, ceramic,andpolymericmaterialsweredeveloped formilitarypurposes.Surgeonsbegantoapply theselong-lasting,inertmaterialsasasubstitute forinjuredbodyparts.Hence,materialssuchas silicones,polyurethanes,Teflon®,nylon, methacrylates,titanium,andstainlesssteel, whichmainlywerefabricatedforindustry applications,wereusedbysurgeonsinmedical applications(Ratner 2013).In1906SirHarold Ridleyinvestigatedtheresponseofthebodyto implantedbiomaterials.FollowingWorldWarII, SirHaroldRidleystudiedtheeyesofpilotswhich hadimplantedinthemshardsofplasticfrom shatteredcanopiesofplanesandfoundthatthe shardsofplasticdidnotcauseanyFBRand predictedthattheplasticmaterialcouldbeused asabiocompatiblematerialformedical applications(Apple 2007).In1891,Theodore Gluckcarriedoutthe firsthipreplacementsurgerybyusingacementedivoryball,butthe replacementprovedtobeunsuccessful(Ranawat andRanawat 2012).Aftermanyattempts between1920–1956McKeeandWatsonFarrar finallydesigneda “total” hipwithanacetabular cupofmetalthatwascementedinplace(Ranawat andRanawat 2012).CharlesKitein1788 discussedthepossibilityofelectricaldischarges tothechestforheartrecovery(ElsenaarandScha 2002).In1930–1931,concurrentlythegroupsof Dr.AlbertS.Hyman,andDr.MarkC.Lidwill innovatedtheportablepacemaker.DaleWurster waslikelythe firstperson,whoin1949,
introducedtheWursterprocesswhichallowed drugstobeencapsulatedandconsequently releasedslowly.In1964JudahFolkman introducedtheup-to-dateconceptofcontrolled releasewithwrappedisoproterenolsilicone tubesfollowedbyinsertionintoanimalhearts (Ratner 2013).Theuseofbiomaterialsinmedicinehasalonghistorywhichisnotthescopeof thischapter.Therearesomethoroughreviewsin thisregard,whichreaderscouldrefertoformore information(Cortesetal. 2008;Ratner 2013; Migonney 2014).
3GeneralDesignRequirements forBiomaterials inRegenerativeMedicine
TheAmericanNationalInstituteofHealthdefines abiomaterialas “anysubstanceorcombinationof substances,otherthandrugs,syntheticornatural inorigin,whichcanbeusedforanyperiodof time,whichaugmentsorreplacespartiallyor totallyanytissue,organorfunctionofthebody, inordertomaintainorimprovethequalityoflife oftheindividual” (BergmannandStumpf 2013). Whendesigningbiomaterialscaffolds,whichare intendedastemplatestodirectthegrowthofnew tissueasetofkeyrequirementsshouldbetaken intoconsideration.Theserequirementsinvolve theassessmentofbiocompatibility,physicaland chemicalproperties,aswellastheeconomic aspectsrelatedtotheuseofthebiomaterialsin clinicalpractice.
Biocompatibilityhasbeendefinedas “theabilityofamaterialtoperformwithanappropriate hostresponseinaspeci ficsituation”(Williams 1999).Beforeapplyingbiomaterialsinthebody, thetoxicityandbiocompatibilityofthebiomaterialinquestionneedstobecarefullyexamined.It hasbeenwell-acknowledgedthatallimplanted biomaterialscouldpotentiallystimulatethe immuneresponse,knownasforeignbody response(FBR)(Moraisetal. 2010).However, FBRisfundamentalfordestroyingcellulardebris andsubsequentlyinhibitinginfection.Therefore, itisessentialtocarefullyconsiderthe mechanismsofimmuneresponseofimplanted
materialsinthedesignphase.Ingeneral,when consideringthetissueresponsesofimplantation, therearethreemainclassesofbiomaterials includingbio-tolerant,bioactive,andbio-inert. Bio-tolerantmaterialsaredisconnectedfrom bonethrougha fibrouslayer,however,bioactive materialscommonlymakesomechemicalbonds withbonetissue,identifiedasosseointegration.In thecaseofbio-inertmaterials,thereisapossibilitytomakedirectinteractionwiththe neighbouringbonetissue,however,nochemical reactionsoccurbetweenthem(Bergmannand Stumpf 2013).Fortissueengineering applications,thebiomaterialsmusthaveveryspecificfeatures,suchasbiocompatibility,bioactivity,biodegradability,andtailorablephysicaland mechanicalproperties(Hollinger 2011;Geetal. 2012).
Inthebiomedicalengineeringindustry,the productionofscaffoldsfortissueengineering andregenerativemedicineapplicationshave seenatremendousgrowthovertherecentyears. Manyofthesenovelmaterialshaveshownpromisethroughsuccessfulpre-clinicalandclinical trials.Apartfrombiocompatibility considerations,itisnecessarytoconsiderother designparameterswhichmostlydependonthe targetapplication.Oneofsuchparametersisthe architectureofthescaffoldwhichshouldprovide anappropriateenvironmentforthecellstopromoteformationofnewtissue,remodelling,vascularization,andintegration.Thescaffold structuremustbebothporousandstable,soas toallowdiffusionofnutrientsandmetabolites withoutriskofcollapsing(ChanandLeong 2008).Intermsofarchitecture,anotherkey pointistheselectionofanoptimumscaffold poresize.Theporesonthescaffoldensurethat cellscanefficientlyinteractwiththeligandson thesurfaceandshouldbebigenoughtoensure cellscansuccessfullymigratewithinthescaffold beforebindingtotheligandsandallowaminimumliganddensitytobeachieved.Overall,optimalscaffoldstructureensuresthatacritical amountofcellscanbeboundinanefficient mannertothesurfaceofthescaffold(O’brien 2011).Inaddition,whenfabricatingascaffold, biodegradabilitymustbetakenintoconsideration
asthescaffoldcanonlybeconsideredasafactor ofsupportwhenthebodyiscapableofreplacing theconstructfollowingtheproductionofECM andappropriatehealing.Thewasteproducts originatedfromscaffolddegradationmustbe non-toxicandmustberemovedwithoutcausing adisturbancetothesurroundingorgansystem (O’brien 2011).Furthermore,mechanical propertiesandscaffoldarchitecturegohandin handinthecreationoftheconstruct.A finebalancebetweenthevariousmechanicalproperties andarchitectureintermsofporosityallowsthe scaffoldtosupportsufficientinfiltrationandvascularization,meanwhileprovidingthecorrectstabilityuponimplantation.Mechanicsrelativeto biologyandsensitivityareconsideredtobealso keyfactors,astractionforcesexerteduponcellularcomponentswithinasubstratehaveadverse effectsontheformationofcells(ChanandLeong 2008).
Whencreatingascaffold,itisimportantto considerfactorswithinthemanufacturingprocess toensurethattheconstructisclinicallyviable. Factorsincludeproductioncomplexity,cost effectiveness,goodmanufacturingprocesses, productionrate,deliverymethods,andstorage ofthescaffold.Thescaffoldmustbecosteffectiveintermsoffabricationandaneasytransition shouldbeattainableintermsofproductionfroma small-scaleasepticlaboratoryproceduretohigh qualitybatchproduction.Furthermore,itmustbe determinedhowcoulddeliverthescaffoldto clinicalstagesandhowclinicallystoretheconstruct(Hollinger 2011;Ducheyne 2015;Ayoub andLucia 2017).
4TypesofBiomaterialsinTissue EngineeringandRegenerative Medicine
4.1Polymeric-BasedBiomaterials
Polymericbiomaterialshaveextensivelybeen usedfortheregenerationandengineeringofvarioustissues,suchasthemusculoskeletal(Sarem etal. 2013),cardiovascular(Yazdanpanahetal. 2014),neural(Zarrintajetal. 2018),anddermal
tissues(Gholipourmalekabadietal. 2017).The selectionofbiomaterialsforaparticularapplicationreliesonthematerial’sphysicalandchemical properties,whichincludessurfacetopography (Ranellaetal. 2010),architecture(Changand Wang 2011),charge(Calatayudetal. 2014), freeenergy(Hoeflingetal. 2010),andfunctional groups(Mederetal. 2012).Polymersofferan exceptional flexibilityintermsoftailoringtheir chemicalandphysicalsurfaceproperties.Itispossibletopreciselycontrolthebulkpropertiesof polymers,includingporosity,biodegradation, andmechanicalproperties,whichmakes polymersidealsubstratesforthefabricationof scaffolds(Ravichandranetal. 2010;Caoand Zhu 2014;HeandBenson 2014).Polymersare generallyclassifiedasdegradableor non-degradable,syntheticornatural,oracombinationofboth(HeandBenson 2014).Synthetic biodegradable,syntheticnon-biodegradable,and naturalpolymersarethemainclassesofpolymers employedintissueengineeringandregenerative medicineapplications(HeandBenson 2014).
Naturalpolymers,whichcompriseproteins, polysaccharides,anddecellularizedtissuematrices,presentspecificmolecularligandsthatfavour interactionswithcells(DeQuachetal. 2011; Ombellietal. 2011;PatinoandPilosof 2011). Proteinsorpolysaccharidescanbeobtained fromanimalorhumantissuesbymeansofchemicalextractionmethods(Guoetal. 2010;Zhao etal. 2010;Azmiretal. 2013).Decellularized tissuematricesareobtainedfromallogeneicor xenogeneictissuesororgansthathavebeen subjectedtodetergent-mediatedandenzymatic processestoremovemostofitscellular components(DeQuachetal. 2011).More recently,apromisingsourcefornaturalpolymeric matricescomprisesECMmatricesthatare obtainedafterdecellularizationofautologous progenitorcellcultures(Hoshiba 2017;Hyldig etal. 2017).Oneoftheutmostbenefitsofnatural materialsisthattheydonottypicallyexhibit toxicityproblemsthatareencounteredwithsyntheticmaterials(Igeetal. 2012;Khaingand Schmidt 2012).Furthermore,naturalpolymers haveparticularproteinbindingsitesandbiochemicalsignals,whichtriggermolecularand
cellularinteractionsleadingtoenhancedintegration(Igeetal. 2012).Celluloseisalinearnatural polymerwithb-(1,4)-D-glucoseastherepeating unit.Itisthemostplentifulpolysaccharidefound innature,whichisinsolubleinwater(Morgan etal. 2013;Dornathetal. 2015).Severalstudies havedemonstratedtheapplicabilityofthisnatural polymerintissueregenerationapproaches (Salahinejadetal. 2012;deOlyveiraetal. 2014; Barudetal. 2015).Chitosan,anothernatural polymer,isapolycationicpolysaccharide comprisedofglucosamineandN-acetylglucosaminemoleculesthroughtheprocessof deacetylationofN-acetyl-D-glucosaminetoa degreehigherthan60%(Rinaudo 2006;Boddohi etal. 2009).Chitinisthesecondmostplentiful naturallyderivedpolymer,whichisexistentinthe externalskeletonofcrustaceansandinsects (SarasamandMadihally 2005).Chitosanisa biocompatible,biodegradable,bioadhesive,and haemostaticglucosaminepolymer,thatcanbe successfullyandsafelyusedforregenerative medicineapplications(SinghDhillonetal. 2013;Rahmatietal. 2016;Rahmatietal. 2017). Zhangetal.(2015)havesuggestedastrong, stepwisetopographicstrategytostimulate human-inducedpluripotentstemcells(hiPSCs) differentiationintotenocyte-lineageafterconsecutivecultureon flattissuecultureplasticsurface andwell-alignedchitosan-basedultra fi ne fi bers. Theauthorsusedchitosan-basedwell-aligned fi berscaffoldstostimulatetenogenicdifferentiationofhiPSCs.Thehistologicalanalysis indicatedthatthechitosanscaffoldscouldeffectivelycontrolhiPSC-mesenchymalstemcells (MSCs)differentiationandthereforesupport tendonregeneration(Zhangetal. 2015 )(Fig. 1).
Hyaluronicacid(hyaluronan)isanenzymaticallydegradablesulfated-glycosaminoglycan (GAG)consistingofalternatingdisaccharide unitsofN-acetyl-D-glucosamineand D-glucuronicacid(Hintzeetal. 2009).Hyaluronic acidiscommonlydispersedthroughouttheECM ofallconnectivetissuesespeciallyinthesynovial fluidofjoints(Necasetal. 2008).Hyaluronicacid anditsderivativeshavebeenwidelyusedas scaffoldsfortissueregenerationasaresultofits innatebiocompatibility,biodegradability
(naturallydegradedbyhyaluronidase),andits exceptionalcapabilitytoformhydrogels (Xuetal. 2012).Alginateisalinear,hydrophilic, brownalgaeorbacteriapolysaccharide,which includes1,4-linked β-D-mannuronicand β-Lglucuronicacidunits(Tønderviketal. 2010).It hasbeenreportedthatalginatecouldbepotentially usedforimprovingregenerationofdamagedtissue andorgans(Ma 2016).Collagenisabiodegradable fibrousproteincontainingthreepolypeptidechains whichformatriple-helixstructure(ParenteauBareiletal. 2010).Becausecollagenisoneofthe majorconstituentsoftheECMwhichisdegraded bymetalloproteases,ithasbeenoneofthemost investigatednaturalpolymersfortissueregenerationapplications(ZhuandMarchant 2011; Shabafroozetal. 2014;Mozafarietal. 2018). Additionally,gelatinisapartialderivativeofcollagen,whichcanbesimplyachievedbyacontrolledhydrolysisofcollagen(Guillénetal. 2011). Gelatinisthemajorcomponentofskin,bonesand connectivetissues(Haetal. 2013).Anumberof studieshavereportedthesuccessfullyregeneration ofdifferentdamagedtissuesthroughtheuseof gelatinscaffolds.Moreover,xyloglucanisapolysaccharidederivedfromtamarindseedcomposed ofa(1–4)-b-D-glucan(GLU)backbonechainthat offerings(1–6)-α-D-xylosebranches(XYL)partiallyreplacedby(1–2)-β-D-galactoxylose(GAL) (Choudharyetal. 2010).Xyloglucanhascurrently attractedtheattentionofscientistsasacapable polymerfortissueregenerationapplications.
Although,naturalpolymershavemany advantages,theyusuallysuffersomedrawbacks includingimmunogenicityandriskofcontamination,whichmaycauseanundesirableimmune responsefollowedbyanimmunerejection(Mano etal. 2007).Inaddition,theinstabilityofnatural polymerscouldpotentiallyaffectthebiodegradationandbiomechanicalproperties,giventhatbiodegradationisgenerallydependentonenzymatic processes(Kim 2017).Contrarytonatural polymers,thesyntheticcounterparts(suchas polyglycolide(PGA),polylactide(PLA),poly (N-isopropylacrylamide)(PNIPAAm),polyethyleneglycol(PEG),polycaprolactone(PCL),polyurethane(PU)),areeasyandcost-effectiveto synthesize,havegreathomogeneity,andpossess
Fig.1 Astepwisetopographicstrategytostimulate hiPSCsdifferentiationintotenocyte-lineageafterconsecutivecultureon flattissuecultureplasticsurfaceandwellalignedchitosan-basedultrafine fibers.HistologicalmorphologyandECMplacedattheregeneratedposition2and 4weeksafterimplantation.H&Estainingandpolarized lightmicroscopyexhibitedthemorphologyofthe regeneratedpositionalongtheaxisofthetendoninthe AC-treatedandRC-treatedgroupsat2and4weeksafter
surgery(a &b)and(d & e).Sixfactors(fiberconstruction, fiberorganization,roundingofnuclei,inflammation,vascularity,cellpopulation)weresemi-quantitatively evaluated.Thewholehistologyscorewasthetotalityof 6factorstoevaluatedevelopmentoftheregeneratedtissue.Masson’strichromestainingpresentingthedeposited collagenintheregeneratedpartsandmeasurabletestsof collagenconcentration.Reprintedfrom(Zhangetal. 2015)withpermissionfromElsevier(g)
reproduciblephysicochemical,mechanical,and degradationcharacteristics(KeanandCraig 2012; Tianetal. 2012;HeandBenson 2014).Several commerciallyaccessiblesyntheticpolymershave demonstratedphysicochemicalandmechanical propertiessimilartonaturaltissues(Gunatillake andAdhikari 2003;Sahooetal. 2013).For instance,PLGAhasbeenamongthemostattractivepolymericbiomaterialswhichhasbeen approvedbyFoodandDrugAdministration (FDA)forsynthesizingtissueengineering scaffoldsowingtotheexcellentbiocompatibility andbiodegradationproperties.Kwaketal.(2017) haverecentlyexhibitedthatPLGAmeshscaffolds containinghumanarticularchondrocytesand platelet-richplasma(PRP)haveapotentialability toaugmentmeniscalhealingcapacity.PEGisa polyethercompoundwhichdependingonits molecularweightisalsoknownaspolyethylene oxide(PEO)orpolyoxyethylene(POE).Ithas beenwell-acknowledgedthatPEGcouldbesuccessfullyusedintissueregenerationapplications. Forexample,Stevensandco-workershave recentlydesignedahydrogelsystembasedon PEG-diacrylamide(PEGDAAm)containingprimaryhepatocytesandsupporting non-parenchymalcellsandmatrix metalloproteinasesensitive(MMP-sensitive)peptideasasuitabledegradablescaffoldforliver regeneration.Theresultsindicatedthathepatic PEGDAAm-basedtissueswerefullyfunctional forover3weeks’ post-surgeryinnudemice models(Fig. 2).Theresultsofthisstudyprovide evidencesupportingtheconceptofusingsynthetic degradablematerialswithwell-controlledcuesfor tissueregenerationapplications(Stevensetal. 2015).Nevertheless,syntheticpolymershave somelimitations.Oneofthemainlimitationsof syntheticpolymersistheirlackofspecificmolecularelementsforinteractionwithcellsand proteins,whichoftenrequiressurfacetreatment ofthepolymertopromoteintegrationwithcells andtissues.Anincompleteintegrationofthepolymercouldeventuallyleadtoundesirableinflammatoryresponseswithinhosttissues(Gunatillake andAdhikari 2003;HeandBenson 2014).Hence, ithasbeensuggestedthattheoptimalapproachfor synthesizingscaffoldsfortissueregeneration
applicationswouldbetheuseofcomposite biomaterialswhichtakeadvantagesofthebenefits ofbothnaturalandsyntheticbiomaterials.
4.2Ceramic-BasedBiomaterials
Inthelastfewdecades,differenttypesof biomaterialshavebeenemployedinorthopaedic anddentistryapplications;nevertheless,manyof thememployeddespitecertainlimitations.For instance,metalsandtheiralloyshavenotreached theacknowledgedaestheticdegree,andporcelain-fused-to-metalfailstohavethegeneralclearness,whichcouldcompromisefortheaesthetic characteristicsofdentalbiomaterials(Liangetal. 2008).Additionally,inadequatemechanical strengthofpolymerscouldmakethemunsuitable forskeletalregenerationapplications(Sarkarand Lee 2015).Incomparisonwithmetalsand polymers,bio-ceramicshavebeenwidely suggestedasfurtherpromisingcandidatesfor orthopaedicanddentistryapplicationsdue propertiesincludinggreaterdensity,wearresistance,biocompatibility,andshiniersurfaces(Best etal. 2008;Wangetal. 2012;Dorozhkin 2015). Therearethreetypesofbio-ceramicsincluding bio-inerthighstrengthceramics(suchasalumina (Al2O3),zirconia(ZrO2)carbon),bioactive ceramics(suchasBioglassandglassceramics) andbioresorbableceramics(Bestetal. 2008). Severalstudieshaveutilizedcarbon,bioactive, andbioresorbableceramicsindifferentregenerativemedicineapplications.Scaffoldscontaining calciumphosphate(CaP),afundamentalconstituentofnativebonetissue,havebeenshownto enhanceosteogenicdifferentiationofprogenitor cellsandstemcellsandstimulate invivo bone regeneration(Vaquetteetal. 2013;Shihetal. 2014;Surmenevetal. 2014).Kimetal.(2015) haverecentlyinvestigatedtheeffectsofbiphasic calciumphosphate(BCP)scaffoldscontaining bonemorphogeneticprotein2(BMP-2)and/or MSConboneregenerationbyusingarabbit calvarialdefectmodel.Twoandeightweeksfollowingimplantation,microcomputedtomography(micro-CT)andhistologicalanalysiswas carriedout(Fig. 3),showingthatmaximum
Fig.2 AhydrogelbasedonPEGDAAmcontainingprimaryhepatocytesandsupportingnon-parenchymalcells andMMP-sensitivepeptideasasuitabledegradablescaffoldforliverregeneration.(a)InsertionofLECsinthe hydrogelsconsequencesininterrelatedcellularnetwork (green,calcein;red,ethidiumhomodimer,5%PEGDAAm, 10mmolRGDS.UV10mWcm22for210s,1LEC63 106heps/mL)andextendsthesystemlifetime(b)andliver
tissuefunction(c).HepatichydrogelswithLECshave cytokeratin-positivehepatocytes(green)after3weeksin culture(d).Thetreatedtissueswerefunctionalfollowing implantation invivo upto2weeks.(5%PEGDAAm, 10mmolRGDS).UV10mWcm22for210s,83 106Hep/J21LEC63106heps/mLinallmicew/cells. ShammodelshadblankMMP-degradablePEGDAAm systems(e, f).Reproducedfrom(Stevensetal. 2015)
Fig.3 TheeffectsofBCPscaffoldscontainingBMP-2, and/orMSConboneregenerationbyusingarabbit calvarialdefectmodel.(a)Hematoxylinandeosinstained greatermagnificationimagesat8weeksaftersurgery,in
bonedevelopmentwasaccomplishedwiththe BCP/rhBMP-2/MSCscombination.Inaddition, theextentofneo-tissueformationafter8weeks wassuperiorthanearliertimepointsineach group.Severalotherstudieshavesuggested usinghydroxyapatite(HA)-basedscaffoldsas promisingcandidatesforboneregeneration applications(Haoetal. 2015;Chouetal. 2016). Forexample,Chouetal.(2016)haverecently investigatedtheefficacyofHAscaffolds containingzincionsonboneregenerationby usingaratcalvarialdefectmodelovera six-weekperiod.Themicro-CTandhistological analysisshowedthat6weekspost-surgery,the Zn-HAgroupinducedaugmentedbonedevelopmentincomparisonwiththecollagenmembrane andcontrolgroups.
Bioactiveglasses,whichhaveagreatabilityof formingaHA-likelayerinboth invitro and invivo conditions.Thesematerialsarefabricated fromglassformersincludingsilica(SiO 2),boric acid(B2O3),andphosphoricoxide(P2O5),networkmodi fiers,andintermediateoxides.In1969 Henchandco-workersforthe firsttime introducedsilicate-basedbioactiveglass(with theformulationof45%SiO2,24.5%Na2O, 24.5%CaOand6%P2O5 knownas45S5bioactiveglass),asabiomaterialwhichcouldpotentiallyconnecttobonetissueinbiological conditions(Henchetal. 1971).Silicate-based bioactiveglassisthemajortypeofbioactive glasswhichhasbeenwidelysuggestedasa promisingcandidateintissueengineering applications(Mozafarietal. 2010;Mozafariand Moztarzadeh 2014).Borateglassisanothermain classofbioactiveglasswhichwithamore
complexnetworkiscurrentlyusedintissue regenerationapplications(JungandDay 2009; Jung 2012).Ithasbeenshownthatborateglass structureismadeoftrigonalplanarBO3 and/or tetrahedralBO4 components,andtheadditionof metaloxidesconvertstheplanarunitsintotetrahedralunits,increasingthegradeofnetworkconnectivity(Stani ć 2017).Phosphatebasedglasses haveincreasedsolubility,biodegradability,biocompatibility,andalsochemicalresemblance withtheinorganicphaseofnaturalbonetissue (Erasmusetal. 2018;Kargozaretal. 2018). Nommeots-Nommetal.(2017)havestudiedthe useofporousmelt-derivedbioactiveglassfoam substrateswithlowsilicaconcentrationonnew boneformationfollowingimplantationinalapine model.AsitcanbeobservedinFig. 4,theX-ray microtomographyimagesdemonstratethatthe bioactiveglass-basedsubstrateshadapotential abilitytorepairbonedefects.Furthermore,other studieshavereportedthatbioactiveglass containingcontrollableamountsofdifferentions couldsigni ficantlyencourageosteogenesisand angiogenesis(Barietal. 2017).
Animportantsubclassofceramicbiomaterials comprisesthecarbon-derivedmaterials.Carbonbasedmaterialssuchascarbonnanotubes(CNTs) (HarrisonandAtala 2007;Tourietal. 2013), graphene(AlasvandMozafari 2015;Chauhan etal. 2016),fullerenes(Goodarzietal. 2017), quantumdots(QDs)(Limetal. 2015), nanocrystallinediamond films(Pennisiand Alcaide 2014),diamond-likecarbon(DLC) (Wachesketal. 2016),mesoporouscarbon nanomaterials(MCNs)(Kimetal. 2008),and carbonnanofibers(CNFs)(Yangetal. 2007)
Fig.3 (continued)theperipheraldefect.Thedefects tendedtocombinewithnewtissue.Arrow,neo-bone nearbyaBCPgranule;arrowhead,lamellaofdeveloped bone;asterisk,BCPgranule;HB,hostbone;NB,new bone.(b)Histologicalanalysisoftheformedbone2and 8weekspost-surgery,inthecentralpartofbonedefects. Twoweekspost-surgery,undevelopedbonewasdetected inthe fibrousconnectivetissueintheBCP/rhBMP/MSCs group.After8weeks,furthernewlyformedboneinthe BCP/rhBMP/MSCsgroupwasdetectedthaninthe BCP/rhBMPgroup.Arrow,newlyformedbonenearbya
bTCP/HAgranule;CT,connectivetissue;asterisk,b-TCP/ HAgranule;Goldner’strichromestain.(c)Theimmunohistochemicallocalizationofosteocalcinintheborderof bonedefects8weeksaftersurgery.Osteocytesandthe lamellarbonematrixdemonstratenoticeablyprogressive responsestoosteocalcin.OCimmunoreactivityexhibited thattheactiveosteoblast-likecellsinfrequentlywere nearbythehardtissues.Arrow,osteoblast-likecells surroundinglamellarbonematrix;asterisk,BCPgranule. Reprintedfrom(Kimetal. 2015)withthepermissionfrom Elsevier
Fig.4 3Dreconstructionsand2DslicesofmCTimages ofboneregenerationinrabbitmodels:(a, b)control groupsatweek0,(a)3Drebuildingand(b)2Dslice; (c–f)2Dslices,7weeksafterICIE16andPSrBG substratesimplantation;(g, h)2Dslicesofdefectsafter 10weeksincontrolgroups;(i–l)2Dslices,12weeksafter ICIE16andPSrBGsubstratesimplantation.2Dsliceswere alloverthecenteroftheuniquedefect.Sectionsmarked A-A0-DD0demonstratetheoriginaldefectlocation.
haveshownpromiseforvarioustissueengineeringandregenerativemedicineapplications. Fullerenesandnanodiamonds(NDs)have recentlygainedattentioninthebiomedical field, inparticularinthe fieldsofcancerdiagnosisand therapy(Liuetal. 2010;LichotaandKrokosz 2016).NDsarederivedeitherfromprocessing high-pressurehigh-temperaturediamondorby detonationsynthesis.NDspossessexceptional mechanical,chemicalandopticalproperties; suchasforinstanceintrinsic fluorescence,which hasbeenexploitedforbioimagingpurposes (Mochalinetal. 2012).CNTs,whichinclude single-walledcarbonnanotubes(SWCNTs)and multi-walledcarbonnanotubes(MWCNTs)are anotherkeytypeofcarbonnanomaterialthat havegainedagreatattentionamongbiomedical scientistssincetheirdiscovery(Harrisonand Atala 2007;Ahadianetal. 2016, 2017).Tanaka etal.(2017)havedemonstratedthatwhen MWCNTblockscontainingrhBMP-2were insertedintomurinemuscle,ectopicbonewas formed.Moreover,graphene,asasingle
Conforming3Drestorationsarealsorevealed,thatthe bluearrowsexhibittheoriginaldefectlocation. Reticulatedtrabecularbonewasdetectedat7weeks followedbyboneformation.Themorphologyofthecorticalregionrepaireditsarrangementat12weeksafter surgerywhenbioactiveglassscaffoldswereemployed. Reprintedfrom(Nommeots-Nommetal. 2017)withthe permissionfromElsevier
2-dimensionalsheetofcarbon,hasbeenreported asapromisingcandidateinvarioustissueregenerationapplications(Goenkaetal. 2014;Kumar andChatterjee 2016).Somestudieshavereported thesuccessofapplyinggrapheneindrugdelivery systemsandtissueregenerationapplications, owingtoitslargesurfacearea,exceptional mechanicalbehaviour,andeasyfunctionalization (Goenkaetal. 2014;Shinetal. 2016).Theeffects ofgraphenesubstratesonhumanosteoblastshas beenreported,aswellasMSCbehaviourandit hasbeenidentifiedthatgraphene-basedscaffolds couldbepotentiallyusedasbiocompatible materialswhichprovidefavourable microenvironmentsforcellproliferationanddifferentiation(Kalbacovaetal. 2010;Crowderetal. 2013).Ithasalsobeenreportedthatgrapheneasa conductivebiomaterialcouldprovidecuesto developingcellsthatsupportthecellselectrical connections,thussuggestinganovelpromising scenarioforneuraltissueregeneration(Gardin etal. 2016).
4.3CompositeBiomaterials
Acompositematerialisaheterogeneousarrangement,onthemacroscopicscale,oftwoormore materialswithdissimilarphysicochemical properties.Thebenefitsofusingbiomaterial compositesaretoexploitthebestmeritsoftheir components,tominimizethedrawbacksofusing thecomponentsseparatelyand,inmanycases,to revealsomepropertiesthateachcomponentdoes nothave.Inaddition,thereisa flexibilityin designingcompositesystemssothatthe propertiesofthe finalproductcouldbeeasily manipulatedbychangingtheconcentrationand propertiesoftheircomponents.Inthe fieldof biomaterials,compositesemergedasaneedto enhancethemechanicalpropertiesofpolymers andceramics.Inconsequence,themostcommon typesofcompositesintissueengineering applicationsarethosecombiningpolymericand ceramicmaterials.Whiletheceramiccomponent actsagainstthepolymerplasticity,thepolymer networkprotectstheceramicagainstabrittle fracture.Oneoftheearliestattemptstoimprove themechanicalpropertiesofpolymersexplored theinclusionofcarbon fibersinthepolymer matrix.Carbon- fiberreinforcedpolyetheretherketone(PEEK)isanexampleofacomposite,whichhasbeensuccessfullyappliedforthe fabricationofscrewsfororthopaedicuse (Wintermateletal. 1993)andboneplates (Fujiharaetal. 2001).Later,theworkoncompositebiomaterialshasbeenfocusedonenhancing themechanicalpropertiesofpolymersbyinclusionofsmallisotropicmicroparticles.Examples ofceramic-microparticlepolymercomposites includeseveralcombinationsofbiodegradable polymers(mainlypolyesters)andbioactive ceramics(bioactiveglassesandHA),which haveshownsignificantsuccessinorthopaedic tissueengineeringapplications(Rezwanetal. 2006;Boccaccinietal. 2012).Interestingly,studieshaveshownthatascomparedtomicroparticle composites,theinclusionofnanoscaleparticlesin acompositescaffoldhadamoresignificanteffect onthemechanicalandbiologicalpropertiesofthe system(WeiandMa 2006;Misraetal. 2008).
Thissubclassofcompositematerialscomprising oneoftheircomponentsinthenanometerscale, alsoknownasnanocomposites,hasrecently gainedincreasedattentionfortissueengineering owingtotheiruniquetunabilityofphysicochemicalandbiologicalproperties(Cattalinietal. 2016;DmFollmannetal. 2017).Anotableexamplewithinnanocompositebiomaterialscomprise thenanocompositehydrogels,whichhave recentlyemergedaspromisingscaffoldsnot onlyduetotheireasilytailorableproperties,but alsobecausetheycanmorecloselymimicthe extracellularmatrixmicroenvironment,providing ahydrated3Dnetworkthatsupportsnutrient transportandenhancescellgrowthandmaturation(Gaharwaretal. 2014;Mehralietal. 2017). Notably,someofthesenanocompositehydrogels exhibitinherentelectricalpropertiesand biologicalactivitythatareinstrumentalin supportinggrowthandmaturationofcellsinelectricallyactivetissues,suchasmusclesandnerves. Furthermore,nano-reinforcedhydrogelshave demonstratedabilitytocontroltheoverallassemblyofcellswithinthescaffold,asforinstancethe parallelalignmentofcellsintissueengineered skeletalmuscles(Ramón-Azcónetal. 2013). Anotherimportantfeatureofofferedbysome nanocompositehydrogelsystemsistheirability toself-healinresponsetomechanicaldamage, whichisrapidlyemergingasanexcitingasset forthedevelopmentofnoveltissueengineering approaches(Appeletal. 2015;Jingetal. 2017).
5CurrentChallenges
Inrecentdecades,aconsiderableprogresshas beenachievedinthe fieldofregenerativemedicinethankstotheuseofseveraltypesof biomaterials.Itbecomesevidentthatthelifeof millionsofpatientshasbeensavedsincethe introductionofbiomaterialstosupportregenerativemedicineapplications.However,some challengesstillremain,whichdemandamore thoroughcollaborationbetweenbiomedical scientists,engineersandsurgeons.Tissueengineeringandregenerativemedicinestrategies
involvemultidisciplinaryconceptsthatneeda profoundknowledgeonthediversemechanisms behindtheregenerationoftissuesandorgans.It shouldbenotedthatmostofthefundamental healingpathwaysoftissuesinthehumanbody arestillpoorlyunderstood,whichdemandsfurtherresearchefforts.Manybiomaterialshave beenintroducedintoclinicaltrialsperhapstoo earlyintheirdevelopmentphase,withoutadeep knowledgeabouttheirbiologicalperformance.It isevidentintheliteraturethatmanystudiesreport thebiocompatibilityofmaterialsaccordingtothe resultsofotherreports,withoutconsideringthe speci ficconditionsandapplicationsoftheirown research.Therefore,forasuccessfulapplication ofbiomaterialsinregenerativemedicine,itwould bereasonabletoavoidgeneralizationsaboutthe propertiesofbiomaterials,especiallytheirbiodegradabilityandbiocompatibility.Thesuccessful tissueresponsetoamaterialdoesnotguarantee itsuseasasuitablematerialinothertissues,as differenttissuesresponddifferentlytoforeign materials.Inaddition,manyofthestudieshave decidedaboutthesuitabilityofbiomaterials propertiesfor invivo andclinicalusewithout preciselyinvestigatingtheirpropertiesthrough valid invitro and exvivo experiments.Additionally,for invivo testingofbiomaterialsproperties, animalmodelsshouldbecarefullychosen,consideringthespecificpropertiesoftargetedtissue. Furthermore,researchersshouldconsiderpreciselyinvestigatingthebiologicalresponsesof biomaterialsaftercombiningthemfordesigning compositebiomaterials,owingtothepossibility ofchangingtheirspecificphysicochemical propertiesfollowingcombination.Additionally, avastnumberofnovelbiomaterialsforregenerativemedicineapplicationshasbeenreportedin theliteratureintherecentyears.Itwouldbe desirabletofocustheresearchonunderstanding thebiologicalresponsesofthesenovelmaterials insteadofcontinuingtheinnovationroutewithout consideringtheultimategoal.Whilesomeofthe introducedcurrentmaterialshaveshownexcellent invitro andeven invivo results,theirclinical useremainschallengingduetothecostoffabricationinlargescales.Therefore,duringthe designofbiomaterialsfortissueregeneration
applications,itisimportanttotakeinaccount thereproducibilityandscalabilityofthefabricationapproaches.Apartfromphysicochemicaland biologicalproperties,biomaterialscientists shouldbearinmindthattheefficacy,easeof use,andcosts,playacrucialrolefortheadoption ofthesenewtechnologiesbymedical practitionersandultimatelyforthesuccessful therapeuticuseofbiomaterials.
Funding A.Mobasherihasbeenfundedfromthefollowingsources:TheEuropeanCommissionFramework 7programme(EUFP7;HEALTH.2012.2.4.5-2,project number305815;NovelDiagnosticsandBiomarkersfor EarlyIdentificationofChronicInflammatoryJoint Diseases).TheInnovativeMedicinesInitiativeJoint UndertakingundergrantagreementNo.115770,resources ofwhicharecomposedof financialcontributionfromthe EuropeanUnion’sSeventhFrameworkprogramme (FP7/2007–2013)andEFPIAcompanies’ in-kindcontribution.A.Mobasherialsowishestoacknowledgefunding fromtheEuropeanCommissionthroughaMarieCurie Intra-EuropeanFellowshipforCareerDevelopmentgrant (projectnumber625746;acronym:CHONDRION; FP7-PEOPLE-2013-IEF)andsupportfromtheEuropean SocialFundaccordingtotheactivity ‘Improvementof researchers’ qualificationbyimplementingworld-class R&Dprojects’ ofMeasureNo.09.3.3-LMT-K-712 (grantapplicationcode:09.3.3-LMT-K-712-01-0157, agreementNo.DOTSUT-215)andtheLithuanian ResearchCouncilthroughtheEuropeanSocialFundto supportthestrategicactivity ‘Developmentofa nanobiosensor:amultiplexanalysisofdiagnostic biomarkersforpersonalizationofosteoarthritistherapy’ , (grantapplicationcode:01.2.2-LMT-K-718-02-0022).
References
AhadianS,YamadaS,Ramón-AzcónJ,EstiliM,LiangX, NakajimaK,ShikuH,KhademhosseiniA,MatsueT (2016)Hybridhydrogel-alignedcarbonnanotube scaffoldstoenhancecardiacdifferentiationofembryoidbodies.ActaBiomater31:134–143
AhadianS,HuyerLD,EstiliM,YeeB,SmithN,XuZ, SunY,RadisicM(2017)Moldableelastomeric polyester-carbonnanotubescaffoldsforcardiactissue engineering.ActaBiomater52:81–91
AlasvN,MozafariM(2015)Graphene-proceedwithcaution:whatweknow,whatwedon’t.JClinToxicol5: E122
AppelEA,TibbittMW,WebberMJ,MattixBA, VeisehO,LangerR(2015)Self-assembledhydrogels utilizingpolymer–nanoparticleinteractions.Nat Commun6:6295
AppleDJ(2007)NicholasHaroldLloydRidley.10July 1906 25May2001:electedFRS1986.BiogrMem FellowsRSoc53:285–307
AyoubAS,LuciaLA(2017)Introductiontorenewable biomaterials: firstprinciplesandconcepts.Wiley, Hoboken
AzmirJ,ZaidulI,RahmanM,SharifK,MohamedA, SahenaF,JahurulM,GhafoorK,NorulainiN,Omar A(2013)Techniquesforextractionofbioactive compoundsfromplantmaterials:areview.JFood Eng117(4):426–436
BariA,BloiseN,FiorilliS,NovajraG,Vallet-RegíM, BruniG,Torres-PardoA,González-CalbetJM, VisaiL,Vitale-BrovaroneC(2017)Copper-containing mesoporousbioactiveglassnanoparticlesasmultifunctionalagentforboneregeneration.ActaBiomater 55:493–504
BarudHO,BarudHdS,CavicchioliM,doAmaralTS,de OliveiraJuniorOB,SantosDM,PetersenALdOA, CelesF,BorgesVM,deOliveiraCI(2015)Preparation andcharacterizationofabacterialcellulose/silk fibroin spongescaffoldfortissueregeneration.Carbohydr Polym128:41–51
BergmannCP,StumpfA(2013)DentalAlumina:MicrostructureandProperties.In:DentalCeramics. Springer,Berlin,Heidelberg,pp55–65
BestS,PorterA,ThianE,HuangJ(2008)Bioceramics: past,presentandforthefuture.JEurCeramSoc28 (7):1319–1327
BoccacciniA,ChatzistavrouX,BlakerJ,NazhatS(2012) Degradableandbioactivesyntheticcomposite scaffoldsforbonetissueengineering.In:Degradation ofimplantmaterials.Springer,NewYork,pp111–137
BoddohiS,MooreN,JohnsonPA,KipperMJ(2009) Polysaccharide-basedpolyelectrolytecomplex nanoparticlesfromchitosan,heparin,andhyaluronan. Biomacromolecules10(6):1402–1409
BoersemaGS,GrotenhuisN,BayonY,LangeJF, Bastiaansen-JenniskensYM(2016)Theeffectof biomaterialsusedfortissueregenerationpurposeson polarizationofmacrophages.BioResearchOpen Access5(1):6–14
BraghirolliDI,SteffensD,PrankeP(2014) Electrospinningforregenerativemedicine:areview ofthemaintopics.DrugDiscovToday19(6):743–753
BraunM(1994)Picturingtime:theworkofEtienne-Jules Marey(1830–1904).UniversityofChicagoPress, Chicago
CalatayudMP,SanzB,RaffaV,RiggioC,IbarraMR, GoyaGF(2014)Theeffectofsurfacechargeof functionalizedFe3O4nanoparticlesonproteinadsorptionandcelluptake.Biomaterials35(24):6389–6399
CaoS,ZhuH(2014)Frontiersinbiomaterials:thedesign, syntheticstrategiesandbiocompatibilityofpolymer scaffoldsforbiomedicalapplication.BenthamScience Publishers,OakPark
CattaliniJP,RoetherJ,HoppeA,PishbinF,DurandLH, GorustovichA,BoccacciniAR,LucangioliS,Mouriño V(2016)Nanocompositescaffoldswithtunable
mechanicalanddegradationcapabilities:co-delivery ofbioactiveagentsforbonetissueengineering. BiomedMater11(6):065003
ChanB,LeongK(2008)Scaffoldingintissueengineering:generalapproachesandtissue-specific considerations.EurSpineJ17(4):467–479
ChangH-I,WangY(2011)Cellresponsestosurfaceand architectureoftissueengineeringscaffolds.RegenerativeMedicineandTissueEngineeringDanielEberli, InTechOpen
ChauhanNPS,MozafariM,ChundawatNS,MeghwalK, AmetaR,AmetaSC(2016)High-performance supercapacitorsbasedonpolyaniline–graphene nanocomposites:someapproaches,challengesand opportunities.JIndEngChem36:13–29
ChouJ,KomuroM,HaoJ,KurodaS,HattoriY, Ben-NissanB,MilthorpeB,OtsukaM(2016) Bioresorbablezinchydroxyapatiteguidedboneregenerationmembraneforboneregeneration.ClinOral ImplantsRes27(3):354–360
ChoudharyN,SyedA,KaleV,AvariJ(2010)Oral sustainedreleaseinsitugelformingpolymeric drugdeliverysystems.ResJPharmTechnol 3(3):682 – 687
CortesRA,MirandaE,LeeH,GertnerME(2008) BiomaterialsandtheevolutionofherniarepairI:the historyofbiomaterialsandthepermanentmeshes.In: Surgery.Springer,NewYork,pp2291–2304
CrowderSW,PrasaiD,RathR,BalikovDA,BaeH, BolotinKI,SungH-J(2013)Three-dimensional graphenefoamspromoteosteogenicdifferentiationof humanmesenchymalstemcells.Nanoscale5 (10):4171–4176
deOlyveiraGM,dosSantosML,CostaLMM,DaltroPB, BasmajiP,deCerqueiraDaltroG,GuastaldiAC (2014)Bacterialcellulosebiocompositesforguided tissueregeneration.SciAdvMater6(12):2673–2678
DeQuachJA,YuanSH,GoldsteinLS,ChristmanKL (2011)Decellularizedporcinebrainmatrixforcell cultureandtissueengineeringscaffolds.TissueEng A17(21–22):2583–2592
DornathP,ChoHJ,PaulsenA,DauenhauerP,FanW (2015)Efficientmechano-catalyticdepolymerization ofcrystallinecellulosebyformationofbranchedglucanchains.GreenChem17(2):769–775
DorozhkinSV(2015)Calciumorthophosphate bioceramics.CeramInt41(10):13913–13966
DucheyneP(2015)Comprehensivebiomaterials.Elsevier, Amsterdam ElsenaarA,SchaR(2002)Electricbodymanipulationas performanceart:ahistoricalperspective.Leonardo MusicJ12:17–28
ErasmusE,SuleR,JohnsonO,MasseraJ,SigalasI(2018) Invitroevaluationofporousborosilicate, borophosphateandphosphatebioactiveglasses scaffoldsfabricatedusingfoamingagentforbone regeneration.SciRep8(1):3699
FollmannHDM,NavesAF,AraujoRA,DubovoyV, HuangX,AsefaT,SilvaR,OliveiraON(2017)Hybrid
materialsandnanocompositesasmultifunctional biomaterials.CurrPharmDes23(26):3794–3813
FujiharaK,HuangZ-M,RamakrishnaS, SatkunananthamK,HamadaH(2001)Development ofbraidedcarbon/PEEKcompositeboneplates.Adv ComposLett10:13–20
GaharwarAK,PeppasNA,KhademhosseiniA(2014) Nanocompositehydrogelsforbiomedicalapplications. BiotechnolBioeng111(3):441–453
GardinC,PiattelliA,ZavanB(2016)Grapheneinregenerativemedicine:focusonstemcellsandneuronal differentiation.TrendsBiotechnol34(6):435–437
GeZ,LiC,HengBC,CaoG,YangZ(2012)Functional biomaterialsforcartilageregeneration.JBiomedMater ResA100(9):2526–2536
GholipourmalekabadiM,SamadikuchaksaraeiA, SeifalianAM,UrbanskaA,GhanbarianH,HardyJG, OmraniM,MozafariM,ReisRL,KunduSC(2017) Silk fibroin/amnioticmembrane3Dbi-layeredartificial skin.BiomedMater13(3):035003
GoenkaS,SantV,SantS(2014)Graphene-based nanomaterialsfordrugdeliveryandtissueengineering. JControlRelease173:75–88
GoodarziS,DaRosT,CondeJ,SefatF,MozafariM (2017)Fullerene:biomedicalengineersgettorevisit anoldfriend.MaterToday20:460–480
GuillénG,GiménezB,LópezCaballeroM,Montero GarcíaP(2011)Functionalandbioactiveproperties ofcollagenandgelatinfromalternativesources:a review.FoodHydrocoll25(8):1813–1827
GunatillakePA,AdhikariR(2003)Biodegradablesyntheticpolymersfortissueengineering.EurCellMater 5(1):1–16
GuoX,ZouX,SunM(2010)Optimizationofextraction processbyresponsesurfacemethodologyandpreliminarycharacterizationofpolysaccharidesfrom Phellinusigniarius.CarbohydrPolym80(2):344–349
HaTLB,QuanTM,VuD,SiD,AndradesJ(2013) Naturallyderivedbiomaterials:preparationandapplication.In:Regenerativemedicineandtissueengineering,pp247–274
HaoJ,AcharyaA,ChenK,ChouJ,KasugaiS,LangN (2015)Novelbioresorbablestrontiumhydroxyapatite membraneforguidedboneregeneration.ClinOral ImplantsRes26(1):1–7
HarrisonBS,AtalaA(2007)Carbonnanotube applicationsfortissueengineering.Biomaterials28 (2):344–353
HeW,BensonR(2014)Polymericbiomaterials.William AndrewPublishing,Oxford
HenchLL,SplinterRJ,AllenW,GreenleeT(1971) Bondingmechanismsattheinterfaceofceramicprostheticmaterials.JBiomedMaterResA5(6):117–141
HintzeV,MoellerS,SchnabelrauchM,BierbaumS, ViolaM,WorchH,ScharnweberD(2009) Modificationsofhyaluronaninfluencetheinteraction withhumanbonemorphogeneticprotein-4(hBMP-4). Biomacromolecules10(12):3290–3297
HoeflingM,IoriF,CorniS,GottschalkK-E(2010)InteractionofaminoacidswiththeAu(111)surface: adsorptionfreeenergiesfrommoleculardynamics simulations.Langmuir26(11):8347–8351
HollingerJO(2011)Anintroductiontobiomaterials.CRC press,BocaRaton
HoshibaT(2017)Culturedcell-deriveddecellularized matrices:areviewtowardsthenextdecade.JMater ChemB5(23):4322–4331
HyldigK,RiisS,PennisiCP,ZacharV,FinkT(2017) Implicationsofextracellularmatrixproductionbyadiposetissue-derivedstemcellsfordevelopmentof woundhealingtherapies.IntJMolSci18(6):1167
IgeOO,UmoruLE,AriboS(2012)Naturalproducts:a minefieldofbiomaterials.ISRNMaterSci2012:1–20 JingX,MiH-Y,NapiwockiBN,PengX-F,TurngL-S (2017)Mussel-inspiredelectroactivechitosan/ grapheneoxidecompositehydrogelwithrapidselfhealingandrecoverybehaviorfortissueengineering. Carbon125:557–570
JungSB(2012)Bioactiveborateglasses.In:Bio-glasses: anintroduction.Wiley,Chichester,pp75–95 JungSB,DayDE(2009)Conversionkineticsofsilicate, borosilicate,andboratebioactiveglassestohydroxyapatite.PhysChemGlassesEurJGlassSciTechnol PartB50(2):85–88
KalbacovaM,BrozA,KongJ,KalbacM(2010) Graphenesubstratespromoteadherenceofhuman osteoblastsandmesenchymalstromalcells.Carbon 48(15):4323–4329
KargozarS,BainoF,HamzehlouS,HillRG,MozafariM (2018)Bioactiveglasses:sproutingangiogenesisin tissueengineering.TrendsBiotechnol36:430–444
KeanZS,CraigSL(2012)Mechanochemicalremodeling ofsyntheticpolymers.Polymer53(5):1035–1048
KhaingZZ,SchmidtCE(2012)Advancesinnatural biomaterialsfornervetissuerepair.NeurosciLett519 (2):103–114
KimBW(2017)Clinicalregenerativemedicineinurology.Springer,Singapore
KimT-W,ChungP-W,SlowingII,TsunodaM,Yeung ES,LinVS-Y(2008)Structurallyorderedmesoporous carbonnanoparticlesastransmembranedeliveryvehicleinhumancancercells.NanoLett8(11):3724–3727
KimB-S,ChoiM-K,YoonJ-H,LeeJ(2015)Evaluation ofboneregenerationwithbiphasiccalciumphosphate substituteimplantedwithbonemorphogeneticprotein 2andmesenchymalstemcellsinarabbitcalvarial defectmodel.OralSurgOralMedOralPatholOral Radiol120(1):2–9
KumarS,ChatterjeeK(2016)Comprehensivereviewon theuseofgraphene-basedsubstratesforregenerative medicineandbiomedicaldevices.ACSApplMater Interfaces8(40):26431–26457
KwakHS,NamJ,LeeJh,KimHJ,YooJJ(2017) MeniscalrepairinvivousinghumanchondrocyteseededPLGAmeshscaffoldpretreatedwithplateletrichplasma.JTissueEngRegenMed11(2):471–480
LeviB,LongakerMT(2011)Concisereview:adiposederivedstromalcellsforskeletalregenerativemedicine.StemCells29(4):576–582
LiangX,QiuY,ZhouS,HuX,YuG,DengX(2008) Preparationandpropertiesofdentalzirconiaceramics. JUnivSciTechnolBeijingMinerMetallMate15 (6):764–768
LichotaA,KrokoszA(2016)Fullerenolsintherapyand diagnosisofcancer.MedPr67(6):817–831
LimSY,ShenW,GaoZ(2015)Carbonquantumdotsand theirapplications.ChemSocRev44(1):362–381
LindroosB,SuuronenR,MiettinenS(2011)Thepotential ofadiposestemcellsinregenerativemedicine.Stem CellRevRep7(2):269–291
LiuK-K,ZhengW-W,WangC-C,ChiuY-C,ChengC-L, LoY-S,ChenC,ChaoJ-I(2010)Covalentlinkageof nanodiamond-paclitaxelfordrugdeliveryandcancer therapy.Nanotechnology21(31):315106
MaPX(2016)Alginates:tissueengineering.In:Encyclopediaofbiomedicalpolymersandpolymeric biomaterials,11VolumeSet,CRCPress,Boca Raton,pp126–133
ManoJ,SilvaG,AzevedoHS,MalafayaP,SousaR,Silva SS,BoeselL,OliveiraJM,SantosT,MarquesA (2007)Naturaloriginbiodegradablesystemsintissue engineeringandregenerativemedicine:presentstatus andsomemovingtrends.JRSocInterface4 (17):999–1030
MasonC,DunnillP(2008)Abriefdefinitionofregenerativemedicine.RegenMed3(1):1–6
MederF,DaberkowT,TreccaniL,WilhelmM, SchowalterM,RosenauerA,MädlerL,RezwanK (2012)Proteinadsorptiononcolloidalalumina particlesfunctionalizedwithamino,carboxyl,sulfonateandphosphategroups.ActaBiomater8 (3):1221–1229
MehraliM,ThakurA,PennisiCP,TalebianS, ArpanaeiA,NikkhahM,Dolatshahi-PirouzA(2017) Nanoreinforcedhydrogelsfortissueengineering: biomaterialsthatarecompatiblewithload-bearing andelectroactivetissues.AdvMater29(8):1603612
MigonneyV(2014)Historyofbiomaterials.In: Biomaterials.Wiley,Hoboken,pp1–10
MinBG,SunK(2002)Thetotalartificialheartand implantablebiventricularassistdevice.JArtifOrgans 5(3):0147–0148
MisraSK,MohnD,BrunnerTJ,StarkWJ,PhilipSE, RoyI,SalihV,KnowlesJC,BoccacciniAR(2008) Comparisonofnanoscaleandmicroscalebioactive glassonthepropertiesofP(3HB)/Bioglass® composites.Biomaterials29(12):1750–1761
MizunoH,TobitaM,UysalAC(2012)Concise review:adipose-derivedstemcellsasanoveltool forfutureregenerativemedicine.StemCells 30(5):804–810
MochalinVN,ShenderovaO,HoD,GogotsiY(2012) Thepropertiesandapplicationsofnanodiamonds.Nat Nanotechnol7(1):11–23
MooneyDJ,VandenburghH(2008)Celldelivery mechanismsfortissuerepair.CellStemCell2 (3):205–213
MoraisJM,PapadimitrakopoulosF,BurgessDJ(2010) Biomaterials/tissueinteractions:possiblesolutionsto overcomeforeignbodyresponse.AAPSJ12 (2):188–196
MorganJL,StrumilloJ,ZimmerJ(2013)Crystallographic snapshotofcellulosesynthesisandmembranetranslocation.Nature493(7431):181–186
MozafariM,MoztarzadehF(2014)Synthesis,characterizationandbiocompatibilityevaluationofsol–gel derivedbioactiveglassscaffoldspreparedbyfreeze castingmethod.CeramInt40(4):5349–5355
MozafariM,MoztarzadehF,TahririM(2010)Investigationofthephysico-chemicalreactivityofa mesoporousbioactiveSiO2–CaO–P2O5glassin simulatedbody fluid.JNon-CrystSolids356 (28–30):1470–1478
MozafariM,KargozarS,deSantiagoG,MohammadiMR, MilanP,ForoutanKoudehiM,AghabarariB,Nourani M(2018)Synthesisandcharacterisationofhighly interconnectedporouspoly(ε-caprolactone)-collagen scaffolds:atherapeuticdesigntofacilitatetendon regeneration.MaterTechnol33(1):29–37
NecasJ,BartosikovaL,BraunerP,KolarJ(2008) Hyaluronicacid(hyaluronan):areview.Veterinarni Medicina53(8):397–411
Nommeots-NommA,LabbafS,DevlinA,ToddN, GengH,SolankiAK,TangHM,PerdikaP,PinnaA, EjeianF(2017)Highlydegradableporousmeltderivedbioactiveglassfoamscaffoldsforboneregeneration.ActaBiomater57:449–461
NoséY(2009)Dr.WillemJ.Kolff:thegodfatherof artificialorgantechnologies(February14,1911–February11,2009).ArtifOrgans33(5):389–402
O’brienFJ(2011)Biomaterials&scaffoldsfortissue engineering.MaterToday14(3):88–95
OmbelliM,CostelloL,PostleC,AnantharamanV,Meng QC,CompostoRJ,EckmannDM(2011)Competitive proteinadsorptiononpolysaccharideandhyaluronate modifiedsurfaces.Biofouling27(5):505–518
Parenteau-BareilR,GauvinR,BerthodF(2010)Collagenbasedbiomaterialsfortissueengineeringapplications. Materials3(3):1863–1887
PatiF,HaD-H,JangJ,HanHH,RhieJ-W,ChoD-W (2015)Biomimetic3Dtissueprintingforsofttissue regeneration.Biomaterials62:164–175
PatinoJMR,PilosofAM(2011)Protein–polysaccharide interactionsat fluidinterfaces.FoodHydrocoll25 (8):1925–1937
PennisiCP,AlcaideM(2014)Nanocrystallinediamond filmsforbiomedicalapplications.In:Design,Synthetic StrategiesandBiocompatibilityofPolymerScaffolds forBiomedicalApplication.BenthamScience Publishers,pp70–100
PinaS,OliveiraJM,ReisRL(2015)Natural-based nanocompositesforbonetissueengineeringandregenerativemedicine:areview.AdvMater27(7):1143–1169
RahmatiM,SamadikuchaksaraeiA,MozafariM(2016) Insightintotheinteractiveeffectsof β-glycerophosphatemoleculesonthermosensitive chitosan-basedhydrogels.BioinspiredBiomimetic Nanobiomat5(2):67–73
RahmatiM,MilanPB,SamadikuchaksaraeiA, GoodarziV,SaebMR,KargozarS,KaplanDL, MozafariM(2017)IonicallycrosslinkedThermoresponsivechitosanhydrogelsformedinsitu:aconceptualbasisfordeeperunderstanding.MacromolMater Eng302(11):1700227
Ramón-AzcónJ,AhadianS,EstiliM,LiangX, OstrovidovS,KajiH,ShikuH,RamalingamM, NakajimaK,SakkaY(2013)Dielectrophoretically alignedcarbonnanotubestocontrolelectricaland mechanicalpropertiesofhydrogelstofabricatecontractilemusclemyofibers.AdvMater25 (29):4028–4034
RanawatA,RanawatC(2012)Thehistoryoftotalknee arthroplasty.In:Thekneejoint.Springer,Paris,pp 699–707
RanellaA,BarberoglouM,BakogianniS,FotakisC, StratakisE(2010)Tuningcelladhesionbycontrolling theroughnessandwettabilityof3Dmicro/nanosilicon structures.ActaBiomater6(7):2711–2720
RatnerBD(2013)Ahistoryofbiomaterials.In: Biomaterialsscience:anintroductiontomaterials,3rd edn.ElsevierInc,Kidlington
RavichandranR,SundarrajanS,VenugopalJR, MukherjeeS,RamakrishnaS(2010)Applicationsof conductingpolymersandtheirissuesinbiomedical engineering.JRSocInterfacersif201001207:S559–S579
RezwanK,ChenQ,BlakerJ,BoccacciniAR(2006) Biodegradableandbioactiveporouspolymer/inorganic compositescaffoldsforbonetissueengineering. Biomaterials27(18):3413–3431
RinaudoM(2006)Chitinandchitosan:propertiesand applications.ProgPolymSci31(7):603–632
SahooNG,PanYZ,LiL,HeCB(2013)Nanocomposites forbonetissueregeneration.Nanomedicine8 (4):639–653
SalahinejadE,HadianfardM,MacdonaldD,MozafariM, VashaeeD,TayebiL(2012)Zirconiumtitanatethin filmpreparedbyanaqueousparticulatesol–gelspin coatingprocessusingcarboxymethylcelluloseasdispersant.MaterLett88:5–8
SarasamA,MadihallySV(2005)Characterizationof chitosan–polycaprolactoneblendsfortissueengineeringapplications.Biomaterials26(27):5500–5508
SaremM,MoztarzadehF,MozafariM(2013)Howcan genipinassistgelatin/carbohydratechitosanscaffolds toactasreplacementsofload-bearingsofttissues? CarbohydrPolym93(2):635–643
SarkarSK,LeeBT(2015)Hardtissueregenerationusing bonesubstitutes:anupdateoninnovationsinmaterials. KoreanJInternMed30(3):279–293
SekułaM,Zuba-SurmaEK(2018)Biomaterialsandstem cells:promisingtoolsintissueengineeringand
biomedicalapplications.In:Biomaterialsinregenerativemedicine.InTech,Rijeka
ShabafroozV,MozafariM,KöhlerGA,AssefaS, VashaeeD,TayebiL(2014)Theeffectofhyaluronic acidonbiofunctionalityofgelatin–collagenintestine tissueengineeringscaffolds.JBiomedMaterResA 102(9):3130–3139
ShihY-RV,HwangY,PhadkeA,KangH,HwangNS, CaroEJ,NguyenS,SiuM,TheodorakisEA, GianneschiNC(2014)Calciumphosphate-bearing matricesinduceosteogenicdifferentiationofstem cellsthroughadenosinesignaling.ProcNatlAcadSci 111(3):990–995
ShinSR,LiY-C,JangHL,KhoshakhlaghP,AkbariM, NasajpourA,ZhangYS,TamayolA,Khademhosseini A(2016)Graphene-basedmaterialsfortissueengineering.AdvDrugDelivRev105:255–274
SinghDhillonG,KaurS,JyotiSarmaS,KaurBrarS, VermaM,YadagiriSurampalliR(2013)Recentdevelopmentinapplicationsofimportantbiopolymer chitosaninbiomedicine,pharmaceuticalsandpersonal careproducts.CurrTissueEng2(1):20–40
Stanić V(2017)Variationinpropertiesofbioactive glassesaftersurfacemodification.In:Clinical applicationsofbiomaterials.Springer,Cham,pp 35–63
StevensKR,MillerJS,BlakelyBL,ChenCS,BhatiaSN (2015)Degradablehydrogelsderivedfrom PEG-diacrylamideforhepatictissueengineering.J BiomedMaterResA103(10):3331–3338
SurmenevRA,SurmenevaMA,IvanovaAA(2014)Significanceofcalciumphosphatecoatingsforthe enhancementofnewboneosteogenesis–areview. ActaBiomater10(2):557–579
TanakaM,SatoY,HaniuH,NomuraH,KobayashiS, TakanashiS,OkamotoM,TakizawaT,AokiK,Usui Y(2017)Athree-dimensionalblockstructure consistingexclusivelyofcarbonnanotubesservingas boneregenerationscaffoldandasbonedefect filler. PLoSOne12(2):e0172601
TianH,TangZ,ZhuangX,ChenX,JingX(2012) Biodegradablesyntheticpolymers:preparation, functionalizationandbiomedicalapplication.Prog PolymSci37(2):237–280
TøndervikA,KlinkenbergG,AarstadOA,DrabløsF, ErtesvågH,EllingsenTE,Skjåk-BrækG,VallaS, SlettaH(2010)Isolationofmutantalginatelyases withcleavagespecificityfordi-guluronicacid linkages.JBiolChem285(46):35284–35292
TouriR,MoztarzadehF,SadeghianZ,BizariD, TahririM,MozafariM(2013)Theuseofcarbon nanotubestoreinforce45S5bioglass-basedscaffolds fortissueengineeringapplications.BiomedResInt 2013:1–8
VaquetteC,IvanovskiS,HamletSM,HutmacherDW (2013)Effectofcultureconditionsandcalciumphosphatecoatingonectopicboneformation.Biomaterials 34(22):5538–5551
WacheskC,Trava-AiroldiV,Da-SilvaN,LoboA, MarcianoF(2016)Theinfluenceoftitaniumdioxide ondiamond-likecarbonbiocompatibilityfordental applications.JNanomater2016:1–7
WangK,ZhouC,HongY,ZhangX(2012)Areviewof proteinadsorptiononbioceramics.InterfaceFocus rsfs201200122(3):259–277
WebberMJ,AppelEA,MeijerE,LangerR(2016)Supramolecularbiomaterials.NatMater15(1):13
WeiG,MaPX(2006)Macroporousandnanofibrous polymerscaffoldsandpolymer/bone-likeapatitecompositescaffoldsgeneratedbysugarspheres.JBiomed MaterResA78((2):306–315
WilliamsD(1999)TheWilliamsdictionaryof biomaterials.Liverpool,UniversityPress,Liverpool 42p
WintermatelE,TogniniR,MayerJ,KochB,LoherU (1993)Developmentofacorticalbonescrewmade withendlesscarbon fibrereinforced polyetheretherketone(CF-PEEK)byextrusion.Anew method.In:7thinternationalconferenceonpolymers inmedicineandsurgery.TheInstituteofMaterials, London
XuX,JhaAK,HarringtonDA,Farach-CarsonMC,JiaX (2012)Hyaluronicacid-basedhydrogels:fromanaturalpolysaccharidetocomplexnetworks.SoftMatter8 (12):3280–3294
YangW,ThordarsonP,GoodingJJ,RingerSP,BraetF (2007)Carbonnanotubesforbiologicalandbiomedicalapplications.Nanotechnology18(41):412001
YazdanpanahA,AmoabedinyG,ShariatpanahiP, NourmohammadiJ,TahmasbiM,MozafariM(2014) SynthesisandcharacterizationofPolylacticacidtubularscaffoldswithimprovedmechanicalpropertiesfor vasculartissueengineering.TrendsBiomatArtif Organs28(3):99–105
ZarrintajP,UrbanskaA,GholizadehSS,GoodarziV, SaebMR,MozafariM(2018)Afacileroutetothe synthesisofanilinicelectroactivecolloidalhydrogels forneuraltissueengineeringapplications.JColloid InterfaceSci516:57–66
ZhangC,YuanH,LiuH,ChenX,LuP,ZhuT,YangL, YinZ,HengBC,ZhangY(2015)Well-aligned chitosan-basedultrafine fiberscommittedteno-lineage differentiationofhumaninducedpluripotentstemcells forAchillestendonregeneration.Biomaterials 53:716–730
ZhaoL,DongY,ChenG,HuQ(2010)Extraction,purification,characterizationandantitumoractivityof polysaccharidesfromGanodermalucidum.Carbohydr Polym80(3):783–789
ZhuJ,MarchantRE(2011)Designpropertiesofhydrogel tissue-engineeringscaffolds.ExpertRevMedDevices 8(5):607–626
AdvExpMedBiol – CellBiologyandTranslationalMedicine(2018)4:21–39 https://doi.org/10.1007/5584_2018_231
# SpringerInternationalPublishingAG,partofSpringerNature2018
Publishedonline:7June2018
TheGreatHarmonyinTranslational Medicine:BiomaterialsandStemCells
EvrenErtenandYavuzEmreArslan
Abstract
Thankstonovelapproachesandemerging technologies,tissueengineeringandregenerativemedicinehavemadeagreateffortto regeneratedamagedtissueororganwithno donorneeded.Theapproachesinvolvetwo fundamentalcomponents:bioengineered scaffoldsandstemcells.Bioengineered scaffoldswhichcanalsobeenrichedwithbioactivemoleculessuchascytokines,growth factors,andsoonhavebeenfabricatedusing awiderangeofsyntheticallyornaturally derivedbiodegradableandbiocompatible polymers.Thesescaffoldsshouldsupportcell attachment,migration,proliferation,and/or differentiationbymimickingthedutyofnative extracellularmatrix.Stemcellsaretheother significantplayersinformationofthe neotissue.Stemcells,bonemarrow,or adipose-derivedmesenchymalstemcells,in particular,havebeenwidelyusedforthispurpose.Recently,investigatorshavepreferredto useprogenitorcellsincludingcardiacandneuralcellsintissueengineeringandregenerative medicineapplications.Thesynergyofthe bioengineeredscaffoldsandautologousstem
E.ErtenandY.E.Arslan(*)
RegenerativeBiomaterialsLaboratory,Departmentof Bioengineering,EngineeringFaculty,CanakkaleOnsekiz MartUniversity,Canakkale,Turkey
e-mail: yavuzea@gmail.com
cellsiscrucialforthesuccessfulreconstructionofdamagedormissingtissues.
Thisreviewsummarizesanumberofexcellentstudiesconductedoncurrentapplications ofbioengineeredscaffolds,novelfabrication methods,stemcellsusedintissueengineering andregenerativemedicine,andthefutureof thetissue-engineeredproducts.
Keywords
Stemcells·Bioengineeredscaffolds· Industry·Translationalmedicine· Regenerativetherapy·Tissueengineering
Abbreviations
3DThree-dimensional
AMSCsAdipose-derivedmesenchymalstem cells
CSCsCardiacstemcells
ECMExtracellularmatrix
ECSsEmbryonicstemcells
FDAFoodandDrugAdministration
FDMFuseddepositionmodeling
hAMSCsHumanadipose-derivedmesenchymalstemcells
HUVECsHumanumbilicalveinendothelial cells
iPSCsInducedpluripotentstemcells
MSCsMesenchymalstemcells
NCSsNeuralstemcells
NPCsNeuralprogenitorcells
PFPPowder-fusionprinting
SCISpinalcordinjury
SLAStereolithographicApparatus
1Introduction
Everyyearmillionsofpeople,unfortunately, experiencetissuelossorend-stageorganfailure throughouttheworld.Thisnotonlyreducesthe lifequalityofeachpatientduringthewaitfora properdonorbutalsoincreasesthehealthcare budgetimmensely(LangerandVacanti 1993). Regenerativemedicineandtissueengineering arethemultidisciplinaryandemerging fields offeringhopefultherapeuticapproachesin treatingrelentlessdiseases.Outstandingsolutions havebeenpresentedbyseveralstudiessincethe mid-1980s(LangerandVacanti 1999;Vacanti 2006).
Thisreviewaimsatsummarizingthefundamentaldynamicsoftissueengineeringandregenerativemedicinebymentioningthelatest scientificimprovements.Advancedscaffoldfabricationtechniques,novelapproachesonstem cellpractices,andalsofutureperspectivesinthe fieldhavebeenhighlightedwithinrecentacademical findings.
1.1TheConceptofTissue EngineeringandRegenerative Medicine
Tissueengineeringisaninterdisciplinary field whichfollowsthemainprinciplesofchemistry, biology,medicine,engineering,etc.withthegoal ofrenewing,maintaining,andimprovingorganor tissuefunctions.A “neo-tissueformation” maybe constitutedbytakingadvantagesofthese techniquesandbiomaterialsincludingbiocompatiblesyntheticornaturalpolymerswhichcan serveasanicheforstemorsomaticcells(Langer andVacanti 1993).Regenerativemedicineisa moresophisticated fieldcomparedtotraditional therapeuticapproachesduetoitsunique
perspectivewhichis utilizationofhumancells asatherapeuticagent.Humancellscouldbe somaticcells,adultstemcells,embryonic-derived stemcells,andinparticularinducedpluripotent stemcells(iPSCs)whichwere firstusedin2006 (MasonandDunnill 2010;Takahashiand Yamanaka 2006).
Astissueengineeringandregenerativemedicinehavesimilargoals;theyhavebeencombined inrecentyears.Biocompatibleandporous scaffoldsarefrequentlyusedastemplatesinthe constructionof “neo-tissue” structuressince frameworkshaveabettertendencytosupplythe necessarynichedesignenablingoxygenand mediumpenetrationforthehomogeneousgrowth ofcells.Theporousbioengineeredscaffolds whichcanbesupplementedwithgrowthfactors, chemokines,cytokines,and/orstemcellshavethe greatpotentialtoregeneratethetargettissueby mimickingthenativeextracellularmatrix(ECM). Theintegrationoftissueengineeringandregenerativemedicineispromisingforboththe replacementandrepairingofdamagedtissuesor organsinclinicalapplications(Atala 2004;Lui etal. 2017;Nemeno-Guanzonetal. 2012) (Fig. 1).
1.2TheImportanceofSignaling Molecules: “HermesGods” ofCellularLife
Stemcellsareabletodifferentiateintovarious celllineagesduetothemarvelousgeneticpotentialtheypossess.Asasourceofstemcells,mesenchymalstemcells(MSCs)inparticularareone ofthemostfavoredcellsusedbyscientistsstudyingontissueengineeringandregenerativemedicineduetotheirnumerousadvantagessuchas immunocompatibility,aremarkableproliferation rateandmultipotencyfeatures,whichinturn makesthemsigni ficantplayersinclinicalarena (Tuanetal. 2003).
However,determiningthesignalingmechanismofthesecellsiscrucialinunderstanding theoutcomeofcellularlineage(Lvetal. 2017). Thesignalingmoleculessuchascytokines,
Another random document with no related content on Scribd:
okvetetlenül rossz következése lesz, mikor aztán a másik fél előáll igazságával, s megmondják: itt van, ezt megjövendöltem.
XIII. (Himfy.)
Ezernyolczszázhatodik esztendőben minden jóravaló tanító így adta elő Zalamegye földleirását: Zalamegyében legnevezetesebb helyek 1-ször: Keszthely…
S ha már a diákgyerekek is így mondák, sőt ha nem mondák, abban az időben még jól föl is fenekelték, kár volna háborgatnunk az olyan embert, ki 1806-ban tanulta Magyarország földleirását, azért vállaljuk el, hogy Zalamegyében akkor csakugyan Keszthely volt a legnevezetesebb hely, tehát nem kételkedhetünk, hogy a gróf vendégszeretete temérdek embert vont a kis fészekbe, s így nehány ismerősünkkel megint csak ott találkozunk.
Azon időtájban történt az a nevezetes csoda, hogy «Kártigám kisasszonyt» minden háznál az éléskamrába szórták, «Pokolkői Vendelt» eltépték, «Vassziklai Fridolint» pedig tűzbe lökték; mert valami verses könyvnek szaladt híre, melyről először beszélgettek, utóbb néhány verse szájról-szájra ment, azután szerelmes ifiurak aranyos szélű papirosra egyes helyeket szépen megírva adogattak belőle a kisasszonyoknak, végre elvetődött egy-egy példány minden vidékre, hol aztán egy sajátszerű és csak Magyarországban ismeretes «olvasótársaság» kezébe kerekedett.
Engedelmet kérek egy kis kitérésért, de ezt az olvasótársaságot meg kell magyaráznom már a jelenkor miatt is; mert hála legyen érette az egeknek, «olvasótársaságaink» maig sincsenek; hanem azért nem következik, hogy ezelőtt ötven esztendővel épen úgy nem olvastunk volna, mint ma; mert – egész őszinteséggel legyen mondva, akkor is csak úgy lopták el egymástól a könyvet, mint ma.
Ez a legolcsóbb részvény, melylyel valaki tagja lehet olvasótársaságnak.
Minthogy a tisztelt közönségnek legnagyobb része annyi idő óta egész máig nem veszi, hanem csak lopja a könyveket, hadd lopjak én is egyszer, nem mástól, hanem magamtól.
Valahol, – jó lélekkel nem tudnám megmondani hol? – elég az hozzá, valahol megemlékeztem én arról, miképen szokás nálunk könyveket olvasni, – s ezen olvasási módban a könyvön két igen furcsa jel marad, 1-ör a szamárfül (szóról-szóra így nevezik), 2-or a bekörmölés.
Valóban gyönyörű sors vár egy könyvre, midőn úgy kézről-kézre adják, s minden háznál újabb és újabb szamárfüleket kap, a mi mindenesetre nagy megtiszteltetés az iróra nézve; mert minél többen olvasták, és minél többször olvasták végig, annál inkább szaporodik a fül.
Ez az ősrégi méltánylása a munkának nagy veszedelemben forog, – most már itt-ott akadnak kisasszonykák, kik himzett jelzőt tartanak, azzal jegyzik meg, hol hagyták abba az olvasást. – Így tehát a szamarak fülét nem veszik oly gyakran igénybe, de annál biztosabb jövendője van még a bekörmölésnek.
Méltóztassék kézbe venni egy viselt külsejű könyvet, tessék megszámlálni a bekörmöléseket, és ha megengedik önök, okoskodjunk egy kissé.
Ime, a legelső bekörmölés a mondatnak kellő közepére esik: ebből bátran következtethetjük, hogy ez szobalány, kit asszonya kiált, az asszony pedig zsarnok, hisz a kis cziczusnak alig marad annyi ideje, hogy vékony körmével a mondat közepén egy jelet rántson.
Odább mehetünk, a körmölés ritkábban fordul elő, akkor is a mondat, vagy éppen a fejezet végén, az értelem, a párbeszéd, eszmemenet tökéletesen befejezve – ez az öreg mámi, őt már nem igen zavarják – egész nap ruhákat foltoz, konyhára nem megyen –
rendesen megkérdik, lehet-e tálalni? következésképen tőle függ kiszámítani, mikor fog a fejezet végére érni.
Menjünk odább, a körmölések valamivel sűrűbbek – s ha figyelmesek vagyunk, észrevehetjük, hogy mindenik az elválasztó pillanat előtt – a találkozás, a csók, ölelés még ezután következik; azt a néhány sort ugyan még rá lehetett volna olvasni; de nem – ezt a menyecske olvassa – kimegy, gondolkozik – véli, hogy mi következik – bejő – a könyvbe tekint, elpirul, mosolyog, fönhangon mondja: «tudtam!…» (Persze, hogy tudta.)
Odább, odább – a körmölések folytatvák, csakhogy mindenütt találkozás, a csók az ölelés után… Semmi kétség, ez a fiatal leány –nincsen annyi türelme, hogy még azt ne tudja, mi következik? Nagyobb igazság okáért egy helyütt két szamár fül, hogy a kedvencz helyet máskor is fölkeresse s vagy tízszer elolvashassa.
Furcsa, ez a lap még viseltesebb is, mint a többi?… Hogyne? hisz ez az ismétlés, aztán hány lánybarátnak olvasta ezt föl, és ki tehet róla, hogy a rózsaujjak is megviselik a könyvet, egyébiránt is, kivált most már, oly átkozott vékony papirosra nyomják.
Még levelezhetünk, – néhány zsírcsöppet találunk – oh, ez már valami négy lábú állat, diák a gimnáziumból, szalonnát eszik a süldő, s minthogy eszik is és olvas is, egy falat szalonna a könyvre pottyant.
Valamivel odább rettentő sok karmolás, ez megint a diák, oskolába vitte magával a könyvet a gaz kölyök, a szerencsétlen tanár óraszámra pusztítja mellét – szigorún ügyel szerteszét, – s a diák lopva olvasván a könyvet, minduntalan bekörmöli, hogy a folytatást el ne téveszsze.
Jaj azon könyvnek, melyet be nem füleznek, és be nem vakarnak, mert ha aztán legalább a táblán nincsen egy-két «saját kezével» jel; kedves irótársam vedd meg a kötelet, vagy vágd el a nyakad.
Azonban ekkora kitérés után, kegyes engedelmükkel, menjünk vissza, s mondjuk el, hogy 1806-ik esztendőben valami nemes
könyv járt kézről-kézre (nem akartam mondani, hogy lopták, ámbár akkor is kézről-kézre ment volna), a könyvnek czíme volt: Himfy Szerelmei.
Rettentő figyelmet gerjesztett – az öreg urak mindjárt a Himfy szónál kezdék, bonczolták, aztán lett belőle him és fej; de ezt a magyarázatot az y – betü rettentően megzavarta; – fi csak ivel lehet irva; tehát nem him–fi, hanem ez név: Himfy; meglehet falunak a neve, és predikátum, s minthogy ypszilonnal van irva: nemes ember. Azonban az már mégis szégyen gyalázat, hogy Himfynek szerelmei is vannak, s így palam et publice nyomtatásban árulja. Dictum, factum, deliberatum, ez már hallatlan dolog, – higyjék amici, ha ez így megy, elsülyed a világ. Pokolba a könyvvel.
A mamák ezt hallják – náluk több a kiváncsiság, vajjon mitől sülyed el a világ, kezdik olvasni a könyvet – a kesergő szerelemnek néhány szakaszán végig mennek, fölsóhajtanak, hogy mért nem élt korábban a Herr von Himfy (mert azon időben rettentően járta a Herr von), bizony nem hagyták volna ennyit siránkozni.
A kisasszonyok csordultig sírták a zsebkendőt és selyemkötényt, és ha Himfy úr abban az időben kurrentáltatta volna magát valamely ujságban, hogy ilyen meg olyan termetű, idejű és szépségű kisasszonyt kiván magának házastársul, egy pár ezer jelentette volna magát.
Az urfiaknak malmára jó viz volt a «kesergő szerelem», betanulták néhány fejezetét, – s midőn már a vizbeugrás, főbelövés nem használt (katonává nem akart lenni senki ijesztésből – mert úgyis azzal ijesztettek mindenkit, hogy elviszik), tehát elnyögött néhány verset és a kedves majdnem az ablakból esett le az úrfi karjai közé.
Minden ember megzavarodott, csak néhány ember vette észre azt is, hogy «Kártigám kisasszonyt» a kamarába szórták, «Pokolkői Vendelt» széttépték, «Vassziklai Fridolint» pedig épenséggel megégették, s midőn az a néhány ember ezt észrevette, hálát adott a magyarok istenének, hogy elhozta a napot, midőn egy ideig nem hallott nevű magyar ember olyan könyvet írt, hogy az ő nevét jobban
ismerik, mintha már a hetvenhetedik apja Árpád idejében bennült volna azon szilvásban, melynek szilvafái közül mai napon alig van meg több hét darabnál s ha éppen nagyon fújja a füstöt a pipájából, a hét fa közől a füst minden oldalról kiért a szomszédok tanyájáig.
Az ország minden zugából visszahangozék a név, s az emberek itt-ott gondolkozni kezdének, hogy hát lehetséges volna az, hogy egy embert egyetlenegy könyvért országszerte megemlegessenek? – s ime azon ország, melyben poétának csak Ovidiust hitték, mert hiszen az akkor is versben beszélt, mikor az apja versirásért megcsépelte, és megfogadtatá vele, hogy verset soha sem ír; – s ime, Magyarországon egy ember egy egész könyv verset tud komponálni; – ez már isten csodája!
A keszthelyi kertben járkál az a kopasz homlokú fiatal ember. Tekintetes Kisfaludi Kisfaludy Mihály uram, nyolcz élő gyermeke közül az egyik gárdista volt, katona volt, országot, világot látott, hanem azért megelégedett azzal a kis porczióval Sümegen, megírt egy kötet verset, de nevét nem meri ráirni – mert önkéntelenül érzi, hogy Magyarországban lakik, és ha a dolog rosszúl üt ki, halálos holtig a falu vagy város csúfja marad – tehát isten veled dicsőség, –hadd menjenek a szegény dalok árván – kénytelen az apa megtagadni őket, hogy apagyilkosokká ne váljanak.
Találj ki akármit, lódulj el vele a földnek másik oldalára, meg ne mondd itthon, hogy okosabb akarsz lenni az öreg birónál; – vigyázz magadra, kalodába tesznek, vagy bolond nevedet költik és elvesztél, ha az ég csodája meg nem ment.
Nézd, az első siker nem birja még fölbátorítani az ifjut – egy csomó papirt czipel a hóna alatt, éppen most ül le egy fapadon, hogy még egyszer helyrerángassa gyermekein a pongyolának látszó ruhát, itt egy szó, amott kettő – itt az eleje, amott a hátulja… megint odább – beszélget a saját érzékével, elragadja végre egy hely, mely magától kinálkozik olvasás alá:
A boldogult két öreget Hogy szivük még dobogott,
És az arany billikomban Ó somlai csillogott, Összeülvén s összehordván Harczaik egy rakásra, Könygördülve agg szemökből, Így köszöntek egymásra:
Adja Isten, hogy a magyart
A fél világ uralja
S vérrel szerzett szabadsága
Soha kárát ne vallja
Ah, az apaszeretet győz, nem birja tovább a szigorúságot, összecsapja az iratcsomót, a czímet rajzónnal írja a külső lapra, már e szót is oda jegyzé: irta…
Még sem lehet, – hisz ha egyszer kiröppen ajkán a név, többé vissza nem tagadhatja, s akkor egy bekövetkezhető sikertelenség esetében az ország csak oly szűk leszen neki, mint Sümeg.
Hánykolódik az érzelem, az ifjú odább-odább megyen a keszthelyi kertben, hol ő mai napig is csak mint az egykori katona van vendégkép – és idáig üldözé a határozatlanság, sőt tovább, mert már a kerten kívül csavarog valahol.
Dunay gróf jő Bowring úrral, a regék egyikét olvassa az angolnak, ki dagadó képpel hallgatja, s éppen az elhagyott pad előtt állnak meg, s minthogy a hosszú séta után épen jókor kinálkozik üléssel, mindketten helyet foglalának.
– Uram, – mondja Bowring – olvasta ön Himfyt?
– Igen természetesen.
– Ezt a két munkát egy ember írta.
– Magam is azt vélem, – felel Dunay.
– Ez a Himfy név bizonyosan álnév? – okoskodik Bowring úr.
– Szja, barátom – nálunk könyvet írni félig szégyen, félig vakmerőség – nálunk oly kevés író van, hogy megcsodálják, mint a jeges medvét – valóban nem igen szeretnők hinni, hogy csak úgy megeszi a kenyeret, mint más közönséges ember.
– Barátom!… – mondja az angol némi gondolkodás után – ez a nemzetnek önbizalmatlansága.
– Fájdalom, az! – hagyá helybe Dunay.
– Nem lehetne rábírni Kisfaludyt, hogy megnevezze magát?
– Talán. – Mondja Dunay a padon feledt iratcsomót meglelve, egyszersmind megösmerve, hogy a munka a szerző kézirása s éppen kiadás alá van készítve.
– Nézze barátom – itt van a munka, egészen kész, csak a név hiányzik reá.
– Adja ide, kérem, – mondja Bowring, s oldalzsebéből egy rajzont húzott elő, aztán pedig az üres helyre kitünő betükkel fölírá: Kisfaludy Sándor.
Kisfaludy már éppen visszatérőben volt, és messziről látá, hogy kézirata Bowring kezében van, s a lángvörössé sült arczra kiült a szín, hisz egy művelt idegen kezében pehelykönnyüvé válik a papircsomag.
– Valamit itt feledett ön? – kérdi Bowring,
– Egy iratcsomót! – mondja Kisfaludy.
– Ez az? – kérdi Bowring fölmutatva a czímet a névvel.
– Ugyanezt! – felel amaz lecsöndesültebben.
– Ezzel a névvel? – kérdi a másik.
– Talán!
– Hagyja ön e nevet e papiron – megérdemli ez a név, hogy minden magyar tudja – önök irodalmának kezdete e névtől indul ki.
Isten önnel, s most már lesz Magyarország!
1807-ben látta a magyar olvasóközönség e nevet: Kisfaludy Sándor.
XIV.
(Such’s verloren.)
Volt valaha egy uraság, kinek tót jobbágyai mindenre megesküdtek volna, hogy az ördög minden éjjel megjő a faluba, s a mi több, látták, hogy – hajdu képében jár.
Én ugyan nem akarok megesküdni arra, a mit egy tót ember hisz; de annyi mindenesetre gyanus, hogy miért nézik a hajdut is ördögnek? s ha tán önök éppen ebből bővebb magyarázatot tudnak kihozni, úgy igen könnyü bebizonyítani, hogy az ördög csakugyan sürűn meglátogatja ezt a nyomoruságos földet, s ha már kénytelenek vagyunk éppen e korrajzban ördögöt czitálni, – úgy a tót jobbágyak némi példájára mondjuk, hogy e korrajzban az ördög prókátor képében jár, igaz nevén pedig Galiba Pál teins urnak hivják.
Minthogy pedig az ördögöt feketének mondják, kisértsük meg a rajzot, és minél feketébbre lehet, annál feketébbre fessük.
Különböző nemű, rendű és rangú olvasóink kedveért a befeketítésnek is különbözőnek kell lenni, s e tekintetben nem maradhatunk általánosságoknál, ámbár istenben boldogult kedves anyám szerint a prókátorok egy szálig mind pokolba mennek.
– Ez az? – kérdi Bowring.
Az édes mamák kedveért csak annyit mondunk, hogy Galiba Pál teins urnak daczára azon ötvenöt esztendőnek, mely ő felette, ő meg annak alatta elsétált, nem volt felesége; pedig roppant vagyont összepörölt, s egy feleséget és tizenkét gyermeket minden gond nélkül eltarthatott volna. Ilyen fontos oknál fogva nem is kételkedem azon, hogy a szavazati többség szerint Galiba Pál – «Pokol pozdorjája.»
Az édes papák véleményeinek megnyerésére döntő befolyással leend az édes mamáké; ámbár a papák kedves kisasszonyaiknak nagy számánál fogva néha különösen fölszólalásokat tesznek, s
magam valék egyszer szem- és fültanu, mikor egy nyolcz leánynyal megáldott (valóban áldásnak is igen bőséges áldás) édes apa nem birván egyet is férjhez adni, végre e szavakra fakadt: – nem bánnám, ha az ördög jőne, még annak is adnék egyet.
A ki valaha felperes volt, és eszébe jut, hány tojás, hány sonka, hány font irósvaj fér egy tabuláris prókátor gyomrába, valamint az is, hogy hány tallért kell asztala sarkán feledni (átkozott feledékenység) és mégis mennyi perköltséggel liquidál, az hamar készen lesz szavazójegyével. Mit is kételkedtünk? ezeret teszünk egyre, a szavazójegyre ez lesz irva: a prókátor még az ördögnél is rosszabb.
Az alpereseket kár is megkérdezni, – mert ha a prókátort az nem küldi pokolra, kit exekválhat, – akkor bátran állítom, hogy az exekuczió a legszebb diákszó, még a porczió és kontribucziónál is milliomszorta szebb.
Saját meggyőződésünknél fogva Galiba Pál úr annyiból ördög, hogy pénzért mindent megtesz, értsd a mi nem jó; – nála igazság, méltányosság, keresztényszeretet, felebaráti érzelem még annyit sem nyom, mint a mészárszékben a tüdő, máj, lép és dagadó, mit a mészáros nyomtatéknak vet a szakácsné kosarába, s ha már éppen az ember nem eszi is meg szivesen, de tart néha varjut, szarkát, vércsét, vagy mátyás-madarat és szarkagábort, annak aztán jó izü eledel.
Galiba Pál úr egy pesti nagy házért mindazt megteszi, mit hamis tanukkal, kézirat-utánzással, veszekedéssel, rágalommal és megvesztegetéssel megtenni lehet, s minthogy az igéretet irásban birja, rendkívül ösztönzi valami, hogy az igéret ne maradjon irott malaszt, hanem az ige váljék testté.
A kurrens megjárta az országot nagy hiában, azonban Galiba Pál úr korán sem esett kétségbe; mert a kurrenst részeg kántorok, ostoba falusi birák olvasták, – tehát csak annyi a való, hogy ezek hirét sem hallották, s így nem veszett le a kocsiról, különben valamelyik helységnek házánál okvetetlenül beadták volna, mint haszonvehetetlen portékát; – mert ha sonka lett volna, bizonyosan megeszi az, a ki megtalálja.
Fölebb kellett tehát kereskedni, ügyvédek, fizetéses táblabirák, főjegyzők és alispánok körül; hol a nevezetesebb pörökben hol egyiknek, hol másiknak okvetetlenül akad valami dolga, tehát itt-ott könnyen akad ember, ki az eltévedt juhot csavarogni látta.
Galiba Pál úr megvette a legszebb hintót, mit akkor Pesten árultak, elébe a legszebb négy lovat fogatta, mintha leánynézőbe menne, ámbár nem oda ment, de mégsem csekélyebb fontosságú ügyben; s minthogy Galiba Pál úr jártas-keltes ember az ilyen dologban, jól tudja, hol mit kell tenni és adni; és ha már emberére akad, nem tehet úgy, mint a batanyai ember, ki sokat hallott arról, hogy a birót meg szokták kenni, tehát egy csomó hájat vitt magával, és a tekintetes szolgabiró uram markát egy darab hájjal, a szónak szoros értelmében, kenegetni kezdé.
Az előkészületeket megtette, hogy a legközelebbi törvényszünet alatt elmehessen, – egyébre nem volt szükség; mert a néma falak legfölebb egy jó meszelő után áhitoztak, mert a mi füstöt Galiba Pál kifujt egy nagy fejü pipából, valóban még a füstfaragónak is adott volna dolgot.
Egy nőtlen embernek szobája mindig megérdemli, hogy egy pillanatra betekintsenek, látni azt a rendetlenséget, melyen minden meglátszik, csak az nem, hogy valaki rendbe akarta volna hozni.
A nőtlen embernek senki sem mondja: «Menjen ki az úr, csizmáján az utczai sár, vakarja le ott kinn; mert nem érünk rá minden nap ujra sikálni!» S minthogy ezt nem mondják, nagyon meglátszik, hogy csak minden harmadik hónapban sikálják; de csak úgy, hogy a tintafoltok megmaradnak, mint az eredendő bűn, – s a nőtlen ember változatosság kedvéért más helyet keres, hova kiföccsentse a tintát.
Egy leütött vállu kályhán pipahamu rakások közől emelkedik ki egy gipsz-alak, – még tán jurátuskori maradvány, fején egy elviselt házi sapka, – valamely kezdett, de nem folytatott viszonynak szomorú emléke.
A szobának sarkai, mint leghasznavehetőbb részei a háznak, rendkívül igénybe vannak véve; ah, hisz mi lett volna a czigányokból, ha az isten a falu végét nem teremtette volna. A pipaszárak, botok, esernyők, ruhaporzók, a szobának azon sarkában vannak, mely legszembetünőbb, egyéb holmi, rossz papir, egy csizma darab, elvagdalt toll a leghomályosabb sarkokba huzódik, oda söprik, oda vetik, oda rakják, és semminemü néven nevezendő cseléd nem meri érinteni; mert ha valamit rendbehoznak, s a nőtelen ember hirtelen azt a kabátot akarja magára venni, mely már úgyis rajta van, a szórakozott ember dühbe jön, és esküdözik, hogy megint hozzányúltak az ő portékájához, s ime már a kabátját sem leli, pedig már a sarkokat mind összekereste.
A cseléd eleinte saját magáért, utóbb gazdájáért szégyenli el magát; de végre megadja magát ura rendetlenségének, melyből ura néha bámulandó ügyességgel kapar ki valamit és bebizonyítja, hogy a rendetlenség rend, tehát ne nyuljon senki a sarokba, mert utóbb még a teinsuruk nagy farkasbundáját sem lelik, pedig az már akkora objectum, hogy még a legkisebb molyféreg is meglátja, – hanem le is rágja ám úgy, hogy két-három szűcs össze nem toldozza többé.
Az ablaknak egyik gombján lóg egy kézi tükör, melybe emberemlékezet óta ugyan egy borzas fej néz, tekintetes Galiba Pál úr és elvétve az inas, ki urának kabátjairól mind lekefélte azt, a mit le lehet kefélni – többet nem lehet kivánni tőle, így is alig marad meg a zsinór az attilán és nagy szerencse lesz, ha a legközelebbi keféléskor a zsinórt és az attilát külön nem hozza be a tekintetes úr elé.
De minthogy a naptárnak is megvannak az ő vörös betüs napjai, s minden negyedik esztendő egyet ugrik, mert egy egész nappal meghosszabbodik a lába; Galiba Pál úrnál is megtörténik a csoda, s bejő egy polgári szabómester, ki ugyan járkált már a váczi-utczában, de ott még sohasem lakott, sőt hogy valaha oda kerüljön, még esze ágában sincs, – mondom ez a tisztelt Galiba Pál urat a szoba közepére állítja, ott tetőtől-talpig megméri, s ezen műtét után egy nagy posztótömeget csap hóna alá és megesküszik, hogy a legközelebbi törvényszünet kezdetén mindennel készen lesz.
Az utasítás tartott félóráig, hogy szűk ne legyen, bő ne legyen, meg lehessen fordítani, a zsebek erősek legyenek, a posztót szálával fölfelé ne fordítsa; mert Galiba Pál úr olyan embert választott, kinek még ezt is meg kellett mondani; hisz a jámbor nem rég jött Kecskemétről, ott pedig épen akkoriban találkozott egy olyan rnhaművész, ki egy «Bon-jour» – féle kurta kabátnak öt rőf posztót kért, mert a mint mondá, előbb hosszú kabátot kell belőle varrni, s aztán annak a hosszából annyit vág le az ember, a mennyi a tulajdonosnak tetszik.
Galiba Pál úr, mikor valami okosat akar gondolni, rendesen a homlokát vakarja; ha pedig valamely gazságon töri a fejét, akkor füle mellé vakar, – épen most is azt cselekszi; mert a sok költséget bolondjában nem akarná megtenni; de minthogy meglehetős nagy mértékben fölizgatta a pesti ház, tehát még nem akar a végsőre gondolni, azaz nem osztja föl kliensei közt a veszteséget, hisz arra majd legutoljára is ráér.
Végre eljő a várt törvényszünet, az utazásra minden készen van, az új hintóra felrakják a szükséges úti készletet, Galiba Pál úr irományait egy vasas ládába zárja, körülnéz, valamit nem feledt-e el? minthogy egy pár légyen kívül semminemű élő állat nincsen a szobában, hogy őt figyelmeztesse, – nincsen egy pára, mely sírna, vagy nyöszörögne, mikor távozik – a gipszalak félrecsapott házi sapkájával minden megindulás nélkül néz a távozóra – Galiba Pál pedig maga is szintén oly egykedvű, mintha ő maga is részben gipszalak volna; s midőn a szobaajtót bezárja, belakatolja, utoljára mosónéját és inasát csupa elővigyázatból összeszidja, s ezekben elfojtja a legtermészetibb ösztönt, hogy legalább szokásból kivánjanak neki «szerencsés utat» – hanem veszekedve ül a kocsiba, s midőn a négy táltos már az utczán van, még akkor is beszéli cselédjeinek a mérget és boszúságot, a miből a cselédek szerencsére vagy szerencsétlenségre egyetlen szót sem értenek.
«Vigye el az ördög!» – mondja a goromba inas – ki most legalább azt a véleményt nyilvánítá, a mit leginkább érez; de minthogy neki ez emberre szüksége van, megemlékszik róla, kivált midőn a fizetésnek ideje is eljő, – s akkor újra eszébe jut gazdája, kinek legutóbbi
szidalmai most is fülében hangzanak. Tehát a hazavárás méltó lesz az elbúcsuzáshoz, mert épen most mondja:
«Bár csak már egyszer haza hozná az ördög!»
Ennyi becsülete van Galiba Pál úrnak, ki nyakába vette az országnak azon részét, mely dunántúli kerületnek neveztetik, hogy terjedelmes ösmeretségénél fogva nyomába juthasson a Baltaypörnek.
XV.
(Hogyan fog némely ember csizmadiát.)
A pécsi nagy kórház felügyelője megdöbbent, midőn Budáról a vizsgálat elrendelteték; azonban ily roppant intézetben oly tömeg ember és annyi segéd közt a hiba addig ment kézről-kézre, hogy végre elmosódék.
A felügyelő egy pillanatra sem tagadá a kiadott bizonyítványt, mely az elkövetett hibának igen természetes következménye lőn, azonban mielőtt bevárná az elbocsátást, megsúgták neki, hogy állomásáról mondjon le, s menjen minél messzebb, hogy további vizsgálódásoknak tárgyává ne legyen.
Sehogy sem birt a szerencsétlen ember tisztán visszaemlékezni, azt ugyan nem feledte el, hogy valami végakaratot írt alá, melyet azonban nem kapott kézbe, mert a végrendelkező és tanu közül az egyik, nem tudta melyik, életben maradt.
De végre is hasztalan tünődik már a dolgon, azért összeszedvén ingóságait, elment, hogy minél előbb kiérjen az országból, hol többé megmaradni nem akart ilyen szerencsétlenség miatt, mely akár mikor méltó szemrehányásra adna okot, ámbár ő magát bűnösnek érezni sehogy sem tudta.
Már Vasmegyét is elérte, s az akkori viszonyok miatt az alispánnál kelle magát jelentenie, hogy a megyén át a szomszéd országba mehessen.
Épen azon időben az alispán mindenfelé fogdostatta az orvosokat, minthogy a hadjáratok, kivált az országszéli megyék orvosait szerfelett igénybe vették, tehát az alispán minden áron lebeszélni törekedett az orvost az elmenésről, hogy a környéknek megtarthassa.
Szép szó, igéret és rábeszélés nem akartak eredményre vezetni; utóbb az alispán azt mondja:
– Nem eresztem el az urat.
– Én legjobban szeretném, ha maradhatnék – mondja az orvos.
– Akkor meg hát épen nem eresztem el az urat.
– És ha mégis el akarok menni? – okoskodik az orvos.
– Akkor vasra veretem az urat, még pedig mindaddig, míg ide nem szokik.
– Adja ezt írásban az alispán úr!
– Egy példányban akarja az úr, vagy százban?
– Egyben is elegendő lesz – végzi be az orvos megnyugodva, s midőn így erőnek erejével elhelyezteték, erősen föltette magában, hogy hivatásának szentelendi magát egész buzgalommal s ha már egy hiba követteték el az ő rováásra, de az ő tudta nélkül, legalább másodikra nem ad okot.
Az orvos nem sok idő mulva nagy tekintélyre vergődött, s az alispánnal egy helyütt lakván, nemsokára az alispánnak testi-lelki barátja s egyszersmind asztali rendes vendége lőn.
Már az orvos tökéletesen megnyerte mind a környékbelieknek, mind az alispánnak becsülését, midőn egy napon jóval alkonyat előtt négy táltos állított be az udvarra s a csinos hintóból Galiba Pál uram lépett ki az alispánnak nagy csodálkozására, minthogy Galiba Pálnak egykor jurátus barátja volt és az egykori pajtás ily váratlanul s ily gyönyörű fogaton hajtat be.
A szokásos ölelkezések után a vendéget megjártatták a gazdaság körül, s az alispán megmutogatván mindenét, nem győzte mutogatás közben is dicsérni a gyönyörű fogatot s mindjárt ajánlkozott akár cserére, akár pedig vevőnek, ha Galiba Pál az alkut nem utalja vissza.
Az orvos épen otthon volt s tanuja volt az elfogadásnak, valamint az egész beszélgetésnek, s minthogy az alispán nagy kedvet mutatott a megvételhez, az orvos is mindent elkövetett, hogy Galiba urat eladásra birja.
Midőn az alispán egy pillanatra bement, hogy vendégének ellátásáról gondoskodhassék, az orvos még mindig a lovakról beszélt és utóbb azt mondja:
– Saját kedvéért válogatta össze őket a tekintetes úr?
– A világért sem – felel Galiba – nekem mindegy, ló vagy ló, csak magam ne legyek kénytelen a kocsit húzni.
– És mégis oly makacsul ragaszkodik hozzájuk?
– Ajándéknak szántam őket.
– Az már más! – mondja az orvos – így nem unszolom önt többé – fejezi be a beszédét, minthogy épen jött már az alispán is, ki aztán egészen más tárgyra tért át.
– Rég eljöttél Pestről, barátom? – kérdé az alispán.
– Még a törvényszünet idején.
– S mikor mégy vissza?
– Minél előbb, hogy a törvényszünet végére megint otthon legyek; mert tudod barátom – mondja a prókátor – hogy mi szegény prókátorok mások bolondjai vagyunk, mások összevesznek, aztán nekünk kell helyettük is czivakodnunk.
– Nos, ki helyett kell legtöbbet czivakodnod?
– Száz, meg száz helyett, barátom; képzelj magadnak néhány száz ypszilonnal végződő nevet, melynek ismét annyi száz ypszilonnal végződő nevű ellensége van, aztán keverd őket össze úgy, hogy egyik ypszilon alul, a másik fölül légyen s készen van az egész perpatvar, legföljebb még ha az volna, hogy a-b-czé rendben
mondjam el a sok ypszilont, például Almásy, Agárdy, Aggfalvy, Bakay, Baltay…
– Megálj barátom, – mondja az alispán – Baltayt mondád?
– Igen, Baltayt, értem a senior Baltay-ágat, én vagyok az öregnek tabuláris prókátora.
– A Baltay-család valami rokonságban van a Batthyányiakkal?
– Legföljebb Ádámról – mondja Galiba – minthogy Noéig vissza tudom vinni a Baltay-család genealogiáját.
– Furcsa – mondja az alispán – s a Baltay contra Baltay-pör mégis a körmendi levéltárban van!
– Ha ott van! – mondja Galiba egész hidegvérűséggel, mintha csak egy legyet akarna megfogni.
– Saját szemeimmel láttam! – bizonykodja amaz – egy külön fiók előtt láttam heverni az egész nagy pörcsomót, még beszéltem is róla Csapóval, a levéltárnokkal.
Ennyi elég volt Galibának s minthogy visszamenőben épen az istállók előtt mentek el, Galiba azt mondja az alispánnak:
– Barátom, csakugyan annyira megszeretted azt a négy lovat?
– Ha eladó szándékod van, én könnyen megalkuszom, tehát mi az áruk?
– Tied a négy ló! – mondja Galiba, kezet nyújtván az alispánnak.
– Ha megalkuszunk, barátom! – mondja az alispán.
– Megalkudtunk, ki is vagyok fizetve – vigyorog amaz – még a hintót is itt hagyom.
– Nem addig van az, – véli a másik – ilyen négy lovat nem adnak ingyen.
