Mitochondrial-Targeted Metal-Phenolic Nanoparticles to Attenuate Intervertebral Disc Degeneration: Alleviating Oxidative Stress and Mitochondrial Dysfunction

氧化应激 活性氧 线粒体 核心 纳米颗粒 细胞生物学 材料科学 生物物理学 化学 生物 生物化学 纳米技术
作者
Qizhu Chen,Qiuping Qian,Hongbo Xu,Hao Zhou,Linjie Chen,Nannan Shao,Kai Zhang,Tao Chen,Haijun Tian,Zhiguang Zhang,Morgan Jones,Kenny Kwan,Mathew David Sewell,Shuying Shen,Xiangyang Wang,Moonis Ali Khan,Pooyan Makvandi,Shengwei Jin,Yunlong Zhou,Aimin Wu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (12): 8885-8905 被引量:84
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c12163
摘要

As intervertebral disc degeneration (IVDD) proceeds, the dysfunctional mitochondria disrupt the viability of nucleus pulposus cells, initiating the degradation of the extracellular matrix. To date, there is a lack of effective therapies targeting the mitochondria of nucleus pulposus cells. Here, we synthesized polygallic acid-manganese (PGA-Mn) nanoparticles via self-assembly polymerization of gallic acid in an aqueous medium and introduced a mitochondrial targeting peptide (TP04) onto the nanoparticles using a Schiff base linkage, resulting in PGA-Mn-TP04 nanoparticles. With a size smaller than 50 nm, PGA-Mn-TP04 possesses pH-buffering capacity, avoiding lysosomal confinement and selectively accumulating within mitochondria through electrostatic interactions. The rapid electron exchange between manganese ions and gallic acid enhances the redox capability of PGA-Mn-TP04, effectively reducing mitochondrial damage caused by mitochondrial reactive oxygen species. Moreover, PGA-Mn-TP04 restores mitochondrial function by facilitating the fusion of mitochondria and minimizing their fission, thereby sustaining the vitality of nucleus pulposus cells. In the rat IVDD model, PGA-Mn-TP04 maintained intervertebral disc height and nucleus pulposus tissue hydration. It offers a nonoperative treatment approach for IVDD and other skeletal muscle diseases resulting from mitochondrial dysfunction, presenting an alternative to traditional surgical interventions.
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