A five-in-one novel MOF-modified injectable hydrogel with thermo-sensitive and adhesive properties for promoting alveolar bone repair in periodontitis: Antibacterial, hemostasis, immune reprogramming, pro-osteo-/angiogenesis and recruitment

血管生成 牙槽 牙周炎 化学 牙科 炎症 材料科学 医学 癌症研究 免疫学
作者
Shi-Yuan Yang,Yan Zhu,Chunxiao Ji,Huimin Zhu,An Lao,Ran Zhao,Yue Hu,Yuning Zhou,Jia Zhou,Kaili Lin,Yuanjin Xu
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier BV]
卷期号:41: 239-256 被引量:84
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2024.07.016
摘要

Periodontitis is a chronic inflammatory disease caused by plaque that destroys the alveolar bone tissues, resulting in tooth loss. Poor eradication of pathogenic microorganisms, persistent malignant inflammation and impaired osteo-/angiogenesis are currently the primary challenges to control disease progression and rebuild damaged alveolar bone. However, existing treatments for periodontitis fail to comprehensively address these issues. Herein, an injectable composite hydrogel (SFD/CS/ZIF-8@QCT) encapsulating quercetin-modified zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8@QCT) is developed. This hydrogel possesses thermo-sensitive and adhesive properties, which can provide excellent flowability and post-injection stability, resist oral fluid washout as well as achieve effective tissue adhesion. Inspirationally, it is observed that SFD/CS/ZIF-8@QCT exhibits a rapid localized hemostatic effect following implantation, and then by virtue of the sustained release of zinc ions and quercetin exerts excellent collective functions including antibacterial, immunomodulation, pro-osteo-/angiogenesis and pro-recruitment, ultimately facilitating excellent alveolar bone regeneration. Notably, our study also demonstrates that the inhibition of osteo-/angiogenesis of PDLSCs under the periodontitis is due to the strong inhibition of energy metabolism as well as the powerful activation of oxidative stress and autophagy, whereas the synergistic effects of quercetin and zinc ions released by SFD/CS/ZIF-8@QCT are effective in reversing these biological processes. Overall, our study presents innovative insights into the advancement of biomaterials to regenerate alveolar bone in periodontitis. • A novel injectable composite hydrogel (SFD/CS/ZIF-8@QCT) with thermo-sensitive and adhesive properties fabricated. • SFD/CS/ZIF-8@QCT has antibacterial, hemostatic, immunoregulatory, pro-osteo-/angiogenic and recruitment properties. • SFD/CS/ZIF-8@QCT significantly facilitates the repair of alveolar bone defects under periodontitis. • SFD/CS/ZIF-8@QCT restores the PDLSCs osteo-/angiogenesis by regulating energy metabolism, oxidative stress and autophagy.
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