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 材料科学 氧化磷酸化 纳米颗粒 细胞生物学 生物物理学 化学 纳米技术 生物 生物化学
作者
Qizhu Chen,Qiuping Qian,Huirong Xu,Hao Zhang,Linjie Chen,Nan Shao,Kai Zhang,Tao Chen,Haijun Tian,Zhiguang Zhang,Morgan Jones,Kenny Kwan,M. Sewell,Shuying Shen,Xiangyang Wang,Moonis Ali Khan,Pooyan Makvandi,Shudong Jin,Yunlong Zhou,Aimin Wu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
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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