Controlled-release hydrogel loaded with magnesium-based nanoflowers synergize immunomodulation and cartilage regeneration in tendon-bone healing

再生(生物学) 材料科学 生物医学工程 软骨 骨愈合 肌腱 化学 细胞生物学 外科 解剖 医学 冶金 生物
作者
Jintao Li,Haolin Ke,Xiangcheng Lei,J K Zhang,Zhicheng Wen,Zhisheng Xiao,Huabin Chen,Juncheng Yao,Xuan Wang,Zhengnong Wei,Hongrui Zhang,Weilun Pan,Yan Shao,Yitao Zhao,Denghui Xie,Chun Zeng
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier BV]
卷期号:36: 62-82 被引量:81
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2024.02.024
摘要

Tendon-bone interface injuries pose a significant challenge in tissue regeneration, necessitating innovative approaches. Hydrogels with integrated supportive features and controlled release of therapeutic agents have emerged as promising candidates for the treatment of such injuries. In this study, we aimed to develop a temperature-sensitive composite hydrogel capable of providing sustained release of magnesium ions (Mg2+). We synthesized magnesium-Procyanidin coordinated metal polyphenol nanoparticles (Mg-PC) through a self-assembly process and integrated them into a two-component hydrogel. The hydrogel was composed of dopamine-modified hyaluronic acid (Dop-HA) and F127. To ensure controlled release and mitigate the “burst release” effect of Mg2+, we covalently crosslinked the Mg-PC nanoparticles through coordination bonds with the catechol moiety within the hydrogel. This crosslinking strategy extended the release window of Mg2+ concentrations for up to 56 days. The resulting hydrogel (Mg-PC@Dop-HA/F127) exhibited favorable properties, including injectability, thermosensitivity and shape adaptability, making it suitable for injection and adaptation to irregularly shaped supraspinatus implantation sites. Furthermore, the hydrogel sustained the release of Mg2+ and Procyanidins, which attracted mesenchymal stem and progenitor cells, alleviated inflammation, and promoted macrophage polarization towards the M2 phenotype. Additionally, it enhanced collagen synthesis and mineralization, facilitating the repair of the tendon-bone interface. By incorporating multilevel metal phenolic networks (MPN) to control ion release, these hybridized hydrogels can be customized for various biomedical applications.
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