Baicalin Nanocomplexes with an In Situ-Forming Biomimetic Gel Implant for Repair of Calvarial Bone Defects via Localized Sclerostin Inhibition

硬骨素 黄芩苷 自愈水凝胶 体内 材料科学 生物物理学 化学 生物化学 Wnt信号通路 生物 色谱法 信号转导 高分子化学 生物技术 高效液相色谱法
作者
Chenrui Li,Junru Wang,Yining Niu,Haonan Zhang,Hongling Ouyang,Guangwei Zhang,Yao Fu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (7): 9044-9057 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.2c20946
摘要

In situ-forming hydrogels are highly effective in covering complex and irregular tissue defects. Herein, a biomimetic gel implant (CS-GEL) consisting of methacrylated chondroitin sulfate and gelatin is obtained via visible light irradiation, which displays rapid gelation (∼30 s), suitable mechanical properties, and biological features to support osteoblast attachment and proliferation. Sclerostin is proven to be a viable target to promote osteogenesis. Hence, baicalin, a natural flavonoid with a high affinity to sclerostin, is selected as the therapeutic compound to achieve localized neutralization of sclerostin. To overcome its poor solubility and permeability, a baicalin nanocomplex (BNP) is synthesized using Solutol HS15, which is then dispersed in the CS-GEL to afford a nanocomposite delivery system, i.e., BNP-loaded gel (BNP@CS-GEL). In vitro, BNP significantly downregulated the level of sclerostin in MLO-Y4 osteocytes. In vivo, either CS-GEL or BNP@CS-GEL is proven to effectively promote osteogenesis and angiogenesis in a calvarial critical-sized bone defect rat model, with BNP@CS-GEL showing the best pro-healing effect. Specifically, the BNP@CS-GEL-treated group significantly downregulated the sclerostin level as compared to the sham group (p < 0.05). RANKL expression was also significantly suppressed by BNP in MLO-Y4 cells and BNP@CS-GEL in vivo. Collectively, our study offers a facile and viable gel platform in combination with nanoparticulated baicalin for the localized neutralization of sclerostin to promote bone regeneration and repair.
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