Injectable porous microspheres for articular cartilage regeneration through in situ stem cell recruitment and macrophage polarization

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作者
Lang Bai,Xiaoyu Zhang,Zeyu Han,Xing Yang,Yuefeng Hao
出处
期刊:Acta Biomaterialia [Elsevier]
卷期号:185: 429-440 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.actbio.2024.07.007
摘要

In situ mesenchymal stem cells (MSCs) regenerative therapy holds promising potential for treating osteoarthritis. However, MSCs engraftment and intra-articular inflammation limit the therapeutic efficacy of this approach. This study introduces porous microspheres (PMs) composed of aldehyde-modified poly(lactic-co-glycolic acid), that encapsulate platelet derived growth factor-AB and kartogenin. Metformin (Met) is also incorporated onto the microsphere through a Schiff base reaction to create PMs@Met. In vitro, in vivo and ex experiments revealed that PMs@Met can be injected into the joint cavity, effectively recruiting endogenous MSCs in situ. This approach creates a favorable environment for MSCs proliferation. It also controls the intra-articular inflammatory environment by modulating the polarization of synovial macrophages, ultimately promoting cartilage repair. In summary, our study presents an innovative tissue engineering strategy for the treatment of osteoarthritis-induced articular cartilage injuries. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Cell therapy using autologous mesenchymal stem cells (MSCs) has potential to slow the progression of osteoarthritis (OA). Nonetheless, there are some disadvantages to adopting in situ MSCs therapy, including difficulties with MSC engraftment into cartilage-deficient regions, the effect of intra-articular inflammation on MSC therapeutic efficacy, and attaining selective chondrogenic MSC differentiation. We created injectable PLGA microspheres (PMs) that were loaded with PDGF-AB and KGN. Metformin was bonded to the surface of microspheres using a Schiff base reaction. The microspheres can recruit intra-articular MSCs and encourage their development into chondrocytes. The microspheres actively modulate the inflammatory joint environment by altering synovial macrophage polarization, thereby supporting MSCs in effective cartilage treatment. To summarize, microspheres hold great potential in the treatment of OA.
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