Ultra-durable cell-free bioactive hydrogel with fast shape memory and on-demand drug release for cartilage regeneration

再生(生物学) 软骨 骨关节炎 间充质干细胞 脚手架 单宁酸 软骨细胞 体内 材料科学 生物医学工程 化学 细胞生物学 解剖 医学 病理 生物 生物技术 替代医学 有机化学
作者
Yuxuan Yang,Xiaodan Zhao,Shuang Wang,Yanfeng Zhang,Aimin Yang,Yilong Cheng,Xuesi Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 7771-7771 被引量:146
标识
DOI:10.1038/s41467-023-43334-8
摘要

Osteoarthritis is a worldwide prevalent disease that imposes a significant socioeconomic burden on individuals and healthcare systems. Achieving cartilage regeneration in patients with osteoarthritis remains challenging clinically. In this work, we construct a multiple hydrogen-bond crosslinked hydrogel loaded with tannic acid and Kartogenin by polyaddition reaction as a cell-free scaffold for in vivo cartilage regeneration, which features ultra-durable mechanical properties and stage-dependent drug release behavior. We demonstrate that the hydrogel can withstand 28000 loading-unloading mechanical cycles and exhibits fast shape memory at body temperature (30 s) with the potential for minimally invasive surgery. We find that the hydrogel can also alleviate the inflammatory reaction and regulate oxidative stress in situ to establish a microenvironment conducive to healing. We show that the sequential release of tannic acid and Kartogenin can promote the migration of bone marrow mesenchymal stem cells into the hydrogel scaffold, followed by the induction of chondrocyte differentiation, thus leading to full-thickness cartilage regeneration in vivo. This work may provide a promising solution to address the problem of cartilage regeneration.
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