A Logic‐Based Diagnostic and Therapeutic Hydrogel with Multistimuli Responsiveness to Orchestrate Diabetic Bone Regeneration

再生(生物学) 基质金属蛋白酶 材料科学 细胞生物学 明胶 自愈水凝胶 生物 生物化学 高分子化学
作者
Dize Li,Kaiwen Chen,Han Tang,Shanshan Hu,Liangjing Xin,Xuan Jing,Qingqing He,Si Wang,Jinlin Song,Li Mei,Richard D. Cannon,Ping Ji,Huanan Wang,Tao Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (11): e2108430-e2108430 被引量:306
标识
DOI:10.1002/adma.202108430
摘要

The regeneration of diabetic bone defects remains challenging as the innate healing process is impaired by glucose fluctuation, reactive oxygen species (ROS), and overexpression of proteinases (such as matrix metalloproteinases, MMPs). A "diagnostic" and therapeutic dual-logic-based hydrogel for diabetic bone regeneration is therefore developed through the design of a double-network hydrogel consisting of phenylboronic-acid-crosslinked poly(vinyl alcohol) and gelatin colloids. It exhibits a "diagnostic" logic to interpret pathological cues (glucose fluctuation, ROS, MMPs) and determines when to release drug in a diabetic microenvironment and a therapeutic logic to program different cargo release to match immune-osteo cascade for better tissue regeneration. The hydrogel is also shown to be mechanically adaptable to the local complexity at the bone defect. Furthermore, the underlying therapeutic mechanism is elucidated, whereby the logic-based cargo release enables the regulation of macrophage polarization by remodeling the mitochondria-related antioxidative system, resulting in enhanced osteogenesis in diabetic bone defects. This study provides critical insight into the design and biological mechanism of dual-logic-based tissue-engineering strategies for diabetic bone regeneration.
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