Polylactide Degradation Activates Immune Cells by Metabolic Reprogramming

重编程 生物相容性 免疫系统 促炎细胞因子 生物能学 炎症 化学 细胞生物学 细胞因子 再生医学 细胞 生物化学 生物 免疫学 线粒体 有机化学
作者
Chima V. Maduka,Mohammed Alhaj,Evran Ural,Michael O. Habeeb,Maxwell M. Kuhnert,Kylie Smith,Ashley V. Makela,Hunter Pope,Shoue Chen,Jeremy M.L. Hix,Christiane L. Mallett,Seock‐Jin Chung,Bin Gu,Anthony Tundo,Kurt R. Zinn,Kurt D. Hankenson,Stuart B. Goodman,Ramáni Narayan,Christopher H. Contag
标识
DOI:10.1101/2022.09.22.509105
摘要

ABSTRACT Polylactide (PLA) is the most widely utilized biopolymer in medicine. However, chronic inflammation and excessive fibrosis resulting from its degradation remain significant obstacles to extended clinical use. Immune cell activation has been correlated to the acidity of breakdown products, yet methods to neutralize the pH have not significantly reduced adverse responses. Using a bioenergetic model, we observed delayed cellular changes that were not apparent in the short-term. Amorphous and semi-crystalline PLA degradation products, including monomeric L-lactic acid, mechanistically remodel metabolism in cells leading to a reactive immune microenvironment characterized by elevated proinflammatory cytokines. Selective inhibition of metabolic reprogramming and altered bioenergetics both reduce these undesirable high cytokine levels and stimulate anti-inflammatory signals. Our results present a new biocompatibility paradigm by identifying metabolism as a target for immunomodulation to increase tolerance to biomaterials, ensuring safe clinical application of PLA-based implants for soft- and hard-tissue regeneration, and advancing nanomedicine and drug delivery.
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