Hydrogel microspheres for stem cell recruitment and induction of directed differentiation in osteoarthritis therapy

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作者
Yu Han,Huanhuan Luo,Jianping Chen,Xiao Hu,Yujiong Chen,Jiaqi Zhong,Botao Liu,Yanfang Liu,Gang Chen,Chenglong Huang,Zhaoxiang Peng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:497: 154798-154798 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.154798
摘要

The utilization of stem cell biotechnology for osteoarthritis (OA) treatment is hindered by high operational costs, difficulties in maintaining stem cell viability, and limited efficacy of unguided stem cell differentiation. Magnesium ions (Mg2+), crucial for tissue regeneration and repair, hold significant potential in OA treatment. However, further investigation is required to elucidate the precise mechanisms of Mg2+ in OA treatment. Here, we investigated the optimal concentration of Mg2+ to induce directed differentiation of stem cells and synthesized bioactive hydrogel microspheres (MDGM-Ps) capable of precisely releasing this concentration using microfluidic technology. Synthesized via polymerization of dopamine methacrylamide (DMA) and methacrylated gelatin (GelMA), these microspheres could chelate Mg2+ and incorporate platelet-derived growth factor-BB into the hydrogel matrix for sustained release. In vitro, MDGM-Ps showed excellent biocompatibility and promoted stem cell recruitment. Importantly, Mg2+ released from MDGM-Ps could guide stem cell differentiation through the PI3K-AKT pathway. Moreover, in vivo experiments suggested that MDGM-Ps could maintain the cartilage matrix and mitigate the progression of OA. In summary, MDGM-Ps not only harnessed the advantages of stem cell therapy, but also expanded the therapeutic applications of metal ions, thereby presenting a promising candidate for OA therapy.
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