Multileveled Hierarchical Hydrogel with Continuous Biophysical and Biochemical Gradients for Enhanced Repair of Full‐Thickness Osteochondral Defect

材料科学 生物医学工程 自愈水凝胶 磁共振成像 超顺磁性 膝关节软骨 组织工程 关节软骨 磁场 骨关节炎 放射科 物理 病理 高分子化学 医学 替代医学 量子力学 磁化
作者
Liwen Zhang,Wenli Dai,Chenyuan Gao,Wei Wei,Ruiran Huang,Xin Zhang,Yingjie Yu,Xiaoping Yang,Qing Cai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (19): e2209565-e2209565 被引量:118
标识
DOI:10.1002/adma.202209565
摘要

The repair of hierarchical osteochondral defect requires sophisticated gradient reestablishment; however, few strategies for continuous gradient casting consider the relevance to clinical practice regarding cell adaptability, multiple gradient elements, and precise gradient mirroring native tissue. Here, a hydrogel with continuous gradients in nano-hydroxyapatite (HA) content, mechanical, and magnetism is developed using synthesized superparamagnetic HA nanorods (MagHA) that easily respond to a brief magnetic field. To precisely reconstruct osteochondral tissue, the optimized gradient mode is calculated according to magnetic resonance imaging (MRI) of healthy rabbit knees. Then, MagHA are patterned to form continuous biophysical and biochemical gradients, consequently generating incremental HA, mechanical, and electromagnetic cues under an external magnetic stimulus. To make such depth-dependent biocues work, an adaptable hydrogel is developed to facilitate cell infiltration. Furthermore, this approach is applied in rabbit full-thickness osteochondral defects equipped with a local magnetic field. Surprisingly, this multileveled gradient composite hydrogel repairs osteochondral unit in a perfect heterogeneous feature, which mimics the gradual cartilage-to-subchondral transition. Collectively, this is the first study that combines an adaptable hydrogel with magneto-driven MagHA gradients to achieve promising outcomes in osteochondral regeneration.
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