Injectable and biodegradable piezoelectric hydrogel for osteoarthritis treatment

骨关节炎 材料科学 压电 医学 复合材料 病理 替代医学
作者
Tra Vinikoor,Godwin K. Dzidotor,Thinh T. Le,Yang Liu,Ho‐Man Kan,Srimanta Barui,Meysam T. Chorsi,Eli Curry,Emily Reinhardt,Hanzhang Wang,Parbeen Singh,Marc A. Merriman,Ethan D’Orio,Jinyoung Park,Shuyang Xiao,James H. Chapman,Feng Lin,Cao-Sang Truong,Somasundaram Prasadh,Lisa Chuba
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:144
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41594-y
摘要

Osteoarthritis affects millions of people worldwide but current treatments using analgesics or anti-inflammatory drugs only alleviate symptoms of this disease. Here, we present an injectable, biodegradable piezoelectric hydrogel, made of short electrospun poly-L-lactic acid nanofibers embedded inside a collagen matrix, which can be injected into the joints and self-produce localized electrical cues under ultrasound activation to drive cartilage healing. In vitro, data shows that the piezoelectric hydrogel with ultrasound can enhance cell migration and induce stem cells to secrete TGF-β1, which promotes chondrogenesis. In vivo, the rabbits with osteochondral critical-size defects receiving the ultrasound-activated piezoelectric hydrogel show increased subchondral bone formation, improved hyaline-cartilage structure, and good mechanical properties, close to healthy native cartilage. This piezoelectric hydrogel is not only useful for cartilage healing but also potentially applicable to other tissue regeneration, offering a significant impact on the field of regenerative tissue engineering.
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