TRPV4 Activator-Containing CMT-Hy Hydrogel Enhances Bone Tissue Regeneration In Vivo by Enhancing Mitochondrial Health

间充质干细胞 细胞生物学 体内 化学 生物物理学 生物 生物技术
作者
Satish Kumar,Tusar Kanta Acharya,Shamit Kumar,Tejas Pravin Rokade,Nilesh Kumar Das,Saurabh Chawla,Luna Goswami,Chandan Goswami
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (4): 2367-2384 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.3c01304
摘要

Treating different types of bone defects is difficult, complicated, time-consuming, and expensive. Here, we demonstrate that transient receptor potential cation channel subfamily V member 4 (TRPV4), a mechanosensitive, thermogated, and nonselective cation channel, is endogenously present in the mesenchymal stem cells (MSCs). TRPV4 regulates both cytosolic Ca2+ levels and mitochondrial health. Accordingly, the hydrogel made from a natural modified biopolymer carboxymethyl tamarind CMT-Hy and encapsulated with TRPV4-modulatory agents affects different parameters of MSCs, such as cell morphology, focal adhesion points, intracellular Ca2+, and reactive oxygen species- and NO-levels. TRPV4 also regulates cell differentiation and biomineralization in vitro. We demonstrate that 4α-10-CMT-Hy and 4α-50-CMT-Hy (the hydrogel encapsulated with 4αPDD, 10 and 50 nM, TRPV4 activator) surfaces upregulate mitochondrial health, i.e., an increase in ATP- and cardiolipin-levels, and improve the mitochondrial membrane potential. The same scaffold turned out to be nontoxic in vivo. 4α-50-CMT-Hy enhances the repair of the bone-drill hole in rat femur, both qualitatively and quantitatively in vivo. We conclude that 4α-50-CMT-Hy as a scaffold is suitable for treating large-scale bone defects at low cost and can be tested for clinical trials.
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