Bioactive silica nanoparticles target autophagy, NF-κB, and MAPK pathways to inhibit osteoclastogenesis

破骨细胞 自噬 兰克尔 细胞生物学 成骨细胞 NF-κB 信号转导 MAPK/ERK通路 材料科学 化学 生物 受体 激活剂(遗传学) 生物化学 细胞凋亡 体外
作者
Jamie L. Arnst,Zhaocheng Jing,Cameron I. Cohen,Shin‐Woo Ha,Manjula Viggeswarapu,George R. Beck
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:301: 122238-122238 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2023.122238
摘要

Spherical 50 nm silica-based nanoparticles (SiNPs) promote healthy bone homeostasis and maintenance by supporting bone forming osteoblast lineage cells while simultaneously inhibiting the differentiation of bone resorbing osteoclasts. Previous work demonstrated that an intraperitoneal injection of SiNPs in healthy mice - both young and old - increased bone density and quality, suggesting the possibility that SiNPs represent a dual action therapeutic. However, the underlying mechanisms governing the osteoclast response to SiNPs have yet to be fully explored and defined. Therefore, the goals of this study were to investigate the cellular and molecular mechanisms by which SiNPs inhibit osteoclastogenesis. SiNPs strongly inhibited RANKL-induced osteoclast differentiation within the first hours and concomitantly inhibited early transcriptional regulators such as Nfatc1. SiNPs simultaneously stimulated expression of autophagy related genes p62 and LC3β dependent on ERK1/2 signaling pathway. Intriguingly, SiNPs were found to stimulate autophagosome formation while inhibiting the autophagic flux necessary for RANKL-stimulated osteoclast differentiation, resulting in the inhibition of both the canonical and non-canonical NF-κB signaling pathways and stabilizing TRAF3. These results suggest a model in which SiNPs inhibit osteoclastogenesis by inhibiting the autophagic machinery and RANKL-dependent functionality. This mechanism of action defines a novel therapeutic strategy for inhibiting osteoclastogenesis.
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