Silicon Enhances Functional Mitochondrial Transfer to Improve Neurovascularization in Diabetic Bone Regeneration

细胞生物学 再生(生物学) 骨愈合 线粒体 线粒体分裂 伤口愈合 医学 化学 免疫学 生物 解剖
作者
Yuxuan Ma,Chen Lei,Ye Tao,Qianqian Wan,Kaiyan Wang,Yina Zhu,Ling Li,Xu‐Fang Liu,Long‐Zhang Niu,Long‐Zhang Niu,Franklin Tay,昭 高木,Kai Jiao,Li‐na Niu,Li‐na Niu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (19): e2415459-e2415459 被引量:14
标识
DOI:10.1002/advs.202415459
摘要

Diabetes mellitus is a metabolic disorder associated with an increased risk of fractures and delayed fracture healing, leading to a higher prevalence of bone defects. Recent advancements in strategies aim at regulating immune responses and enhancing neurovascularization have not met expectations. This study demonstrates that a silicon-based strategy significantly enhances vascularization and innervation, thereby optimizing the repair of diabetic bone defects. Silicon improves mitochondrial function and modulates mitochondrial fission dynamics in macrophages via the Drp1-Mff signaling pathway. Subsequently, functional mitochondria are transferred from macrophages to endothelial and neuronal cells through microvesicles, providing a protective mechanism for blood vessels and peripheral nerves during early wound healing. On this basis, an optimized strategy combining a silicified collagen scaffold with a Drp1-Fis1 interaction inhibitor is used to further regulate mitochondrial fission in macrophages and enhance the trafficking of functional mitochondria into stressed receptor cells. In diabetic mice with critical-sized calvarial defects, the silicon-based treatment significantly promotes vessel formation, nerve growth, and mineralized tissue development. These findings provide therapeutic insights into the role of silicon in promoting diabetic bone regeneration and highlight the importance of intercellular communication in diabetic conditions.
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