Hypoxia-mimicking scaffolds with controlled release of DMOG and PTHrP to promote cartilage regeneration via the HIF-1α/YAP signaling pathway

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作者
Li Chen,Xiao Huang,Hong Chen,Dingsu Bao,Xudong Su,Wei Li,Ning Hu,Wei Huang,Zhou Xiang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:226: 716-729 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.12.094
摘要

Efficiently driving chondrogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) while avoiding undesired hypertrophy remains a challenge in the field of cartilage tissue engineering. Here, we report the sequential combined application of dimethyloxalylglycine (DMOG) and parathyroid hormone-related protein (PTHrP) to facilitate chondrogenesis and prevent hypertrophy. To support their delivery, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microspheres were fabricated using a double emulsion method. Subsequently, these microspheres were incorporated onto a poly(l-lactic acid) (PLLA) scaffold with a highly porous structure, high interconnectivity and collagen-like nanofiber architecture to construct a microsphere-based scaffold delivery system. These functional constructs demonstrated that the spatiotemporally controlled release of DMOG and PTHrP effectively mimicked the hypoxic microenvironment to promote chondrogenic differentiation with phenotypic stability in a 3D culture system, which had a certain correlation with the interaction between hypoxia-inducible Factor 1 alpha (HIF-1α) and yes-associated protein (YAP). Subcutaneous implantation in nude mice revealed that the constructs were able to maintain cartilage formation in vivo at 4 and 8 weeks. Overall, this study indicated that DMOG and PTHrP controlled-release PLGA microspheres incorporated with PLLA nanofibrous scaffolds provided an advantageous 3D hypoxic microenvironment for efficacious and clinically relevant cartilage regeneration and is a promising treatment for cartilage injury.
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