An efficient metal–organic framework-based drug delivery platform for synergistic antibacterial activity and osteogenesis

化学 Wnt信号通路 氧化应激 药物输送 间充质干细胞 生物相容性 活性氧 金黄色葡萄球菌 细胞生物学 信号转导 生物化学 生物 细菌 有机化学 遗传学
作者
Yunhui Si,Huanyao Liu,Mengsha Li,Xuzhou Jiang,Hongying Yu,Dongbai Sun
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:640: 521-539 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.02.149
摘要

Bone implants for clinical application should be endowed with antibacterial activity, biocompatibility, and even osteogenesis-promoting properties. In this work, metal–organic framework (MOF) based drug delivery platform was used to modify titanium implants for improved clinical applicability. Methyl [email protected] Imidazolate Framework-8 ([email protected]) was immobilized on the polydopamine (PDA) modified titanium. The sustainable release of the Zn2+ and MV causes substantial oxidative damage to Escherichia coli (E. coli) and Staphylococcus aureus (S. aureus). The increased reactive oxygen species (ROS) significantly up-regulates the expression of oxidative stress and DNA damage response genes. Meanwhile, the structural disruption of lipid membranes caused by the ROS, the damage caused by Zinc active sites and the damage accelerated by the MV are both involved in inhibiting bacterial proliferation. The up-regulated expression of the osteogenic-related genes and proteins indicated that the [email protected] could effectively promote the osteogenic differentiation of the human bone mesenchymal stem cells (hBMSCs). RNA sequencing and Western blotting analysis revealed that the [email protected] coating activates the canonical Wnt/β-catenin signaling pathway through the regulation of tumor necrosis factor (TNF) pathway, thereby promoting the osteogenic differentiation of the hBMSCs. This work demonstrates a promising application of the MOF-based drug delivery platform in bone tissue engineering.
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