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Functionalized DNA Nanomaterials Targeting Toll‐Like Receptor 4 Prevent Bisphosphonate‐Related Osteonecrosis of the Jaw via Regulating Mitochondrial Homeostasis in Macrophages

颌骨骨坏死 TLR4型 Toll样受体 双膦酸盐 巨噬细胞极化 MFN2型 MFN1型 细胞生物学 线粒体 受体 HMGB1 巨噬细胞 癌症研究 化学 生物 先天免疫系统 线粒体DNA 信号转导 生物化学 体外 线粒体融合 骨质疏松症 内分泌学 基因
作者
Tao Zhang,Huangshui Ma,Xiaolin Zhang,Sirong Shi,Yunfeng Lin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (15) 被引量:28
标识
DOI:10.1002/adfm.202213401
摘要

Abstract Imbalance of macrophage polarization characterized by an increase in the percentage of pro‐inflammatory M1 macrophages and a decrease in anti‐inflammatory M2 macrophages is considered a critical pathogenic mechanism of bisphosphonate‐related osteonecrosis of the jaws (BRONJ). Because high levels of Toll‐like receptor 4 (TLR4) mediates mitochondrial dyshomeostasis in Zoledronic Acid (ZA)‐treated M1 macrophages, tetrahedral DNA nanomaterial (TDN)‐modified with TLR4‐siRNA on each vertex (TDN‐TLR4‐4siR) with excellent biocompatibility is synthesized. This novel TDN‐TLR4‐4siR nanomaterial reverses the polarization phenotype imbalance decreasing the percentage of M1 RAW264.7 macrophages. Mitochondrial dynamics analysis shows a shift from short rod‐like ultrastructure to elongated shapes with more mitochondrial network continuity in ZA‐primed M1 macrophages after treatment with TDN‐TLR4‐4siR, along with elevated expression of Mfn1 and Mfn2 . TDN‐TLR4‐4siR further reduces intracellular ROS production and restored mitochondrial membrane potential. Furthermore, decreased sequestra formation and accelerated healing of the extraction wound are observed in the TDN‐TLR4‐4siR group, resulting in decreased incidence of rat BRONJ via reprogramming polarized macrophages. Consequently, this study establishes a novel strategy using TDN‐TLR4‐4siR nanomaterial to regulate mitochondrial homeostasis of polarized macrophages to prevent BRONJ.
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