Polyphenol-mediated redox-active hydrogel with H2S gaseous-bioelectric coupling for periodontal bone healing in diabetes

氧化还原 糖尿病 伤口愈合 多酚 牙科 医学 骨愈合 化学 材料科学 生物化学 抗氧化剂 外科 内分泌学 无机化学
作者
Xinyi Fang,Jun Wang,Chengxinyue Ye,Jiu Lin,Jinhui Ran,Zhanrong Jia,Jinglei Gong,Yiming Zhang,Jie Xiang,Xiong Lu,Chaoming Xie,Jin Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 9071-9071 被引量:115
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53290-6
摘要

Excessive oxidative response, unbalanced immunomodulation, and impaired mesenchymal stem cell function in periodontitis in diabetes makes it a great challenge to achieve integrated periodontal tissue regeneration. Here, a polyphenol-mediated redox-active algin/gelatin hydrogel encapsulating a conductive poly(3,4-ethylenedioxythiopene)-assembled polydopamine-mediated silk microfiber network and a hydrogen sulfide sustained-release system utilizing bovine serum albumin nanoparticles is developed. This hydrogel is found to reverse the hyperglycemic inflammatory microenvironment and enhance functional tissue regeneration in diabetic periodontitis. Polydopamine confers the hydrogel with anti-oxidative and anti-inflammatory activity. The slow, sustained release of hydrogen sulfide from the bovine serum albumin nanoparticles recruits mesenchymal stem cells and promotes subsequent angiogenesis and osteogenesis. Moreover, poly(3,4-ethylenedioxythiopene)-assembled polydopamine-mediated silk microfiber confers the hydrogel with good conductivity, which enables it to transmit endogenous bioelectricity, promote cell arrangement, and increase the inflow of calcium ion. In addition, the synergistic effects of hydrogen sulfide gaseous-bioelectric coupling promotes bone formation by amplifying autophagy in periodontal ligament stem cells and modulating macrophage polarization via lipid metabolism regulation. This study provides innovative insights into the synergistic effects of conductivity, reactive oxygen species scavenging, and hydrogen sulfide on the periodontium in a hyperglycemic inflammatory microenvironment, offering a strategy for the design of gaseous-bioelectric biomaterials to promote functional tissue regeneration in immune-related diseases.
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