Self-powered triboelectric-responsive microneedles with controllable release of optogenetically engineered extracellular vesicles for intervertebral disc degeneration repair

摩擦电效应 细胞生物学 胞浆 材料科学 纳米技术 生物 生物化学 复合材料
作者
Weifeng Zhang,Xuan Qin,Gaocai Li,Xingyu Zhou,Hongyang Li,Di Wu,Yu Song,Kangcheng Zhao,Kun Wang,Xiaobo Feng,Lei Tan,Bingjin Wang,Xuhui Sun,Zhen Wen,Yang Cao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50045-1
摘要

Abstract Excessive exercise is an etiological factor of intervertebral disc degeneration (IVDD). Engineered extracellular vesicles (EVs) exhibit excellent therapeutic potential for disease-modifying treatments. Herein, we fabricate an exercise self-powered triboelectric-responsive microneedle (MN) assay with the sustainable release of optogenetically engineered EVs for IVDD repair. Mechanically, exercise promotes cytosolic DNA sensing-mediated inflammatory activation in senescent nucleus pulposus (NP) cells (the master cell population for IVD homeostasis maintenance), which accelerates IVDD. TREX1 serves as a crucial nuclease, and disassembly of TRAM1-TREX1 complex disrupts the subcellular localization of TREX1, triggering TREX1-dependent genomic DNA damage during NP cell senescence. Optogenetically engineered EVs deliver TRAM1 protein into senescent NP cells, which effectively reconstructs the elimination function of TREX1. Triboelectric nanogenerator (TENG) harvests mechanical energy and triggers the controllable release of engineered EVs. Notably, an optogenetically engineered EV-based targeting treatment strategy is used for the treatment of IVDD, showing promising clinical potential for the treatment of degeneration-associated disorders.
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