Modified ZIF-8 Nanoparticles Attenuate Osteoarthritis by Reprogramming the Metabolic Pathway of Synovial Macrophages

促炎细胞因子 重编程 一氧化氮 细胞生物学 活性氧 过氧化氢 一氧化氮合酶 骨关节炎 炎症 材料科学 化学 生物化学 生物 医学 免疫学 病理 细胞 替代医学 有机化学
作者
Feng Zhou,Jingtian Mei,Shengbing Yang,Xiuguo Han,Hanjun Li,Zhifeng Yu,Han Qiao,Tingting Tang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (2): 2009-2022 被引量:144
标识
DOI:10.1021/acsami.9b16327
摘要

Accumulating evidence suggests that activation of proinflammatory M1-type macrophages in the synovium plays a vital role in the progression of osteoarthritis (OA). Redundant nitric oxide (NO) and hydrogen peroxide (H2O2) are key factors that drive macrophages to polarize to the M1 type. Herein, modified zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) nanoparticles (NPs) have been synthesized. By regulating intracellular gases and reprogramming the metabolism phenotype, modified NPs transformed macrophage polarization from proinflammatory M1 to anti-inflammatory M2 phenotype. Specifically, S-methylisothiourea hemisulfate salt was loaded into ZIF-8 NPs to inhibit inducible nitric oxide synthase, hence reducing NO production. Catalase was encapsulated to catalyze the production of oxygen (O2) from H2O2. Results demonstrated that modified NPs were capable of catalyzing H2O2 to produce O2 and eliminate NO, hence inhibiting hypoxia-inducible factor 1α, further rescuing mitochondrial function. Moreover, anti-CD16/32 antibody modification could prolong the retention time of NPs in knee joints of OA mice with anterior cruciate ligament transection. More significantly, modified NPs suppressed M1 macrophages and up-regulated M2 macrophage infiltration in the synovium, further inhibiting cartilage degeneration. This ZIF-8 NP-based gas regulation and metabolic reprogramming strategy may pave a new avenue for OA treatment.
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