Bioinspired Mild Photothermal Effect-Reinforced Multifunctional Fiber Scaffolds Promote Bone Regeneration

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作者
Xiaodi Zhang,Qi Li,Longfei Li,Jiang Ouyang,Tong Wang,Junjie Chen,Xiaoqing Hu,Yingfang Ao,Duotian Qin,Liqun Zhang,Jiajia Xue,Jin Cheng,Wei Tao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (7): 6466-6479 被引量:136
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c11486
摘要

Bone fractures are often companied with poor bone healing and high rates of infection. Early recruitment of mesenchymal stem cells (MSCs) is critical for initiating efficient bone repair, and mild thermal stimulation can accelerate the recovery of chronic diseases. Here, a bioinspired, staged photothermal effect-reinforced multifunctional scaffold was fabricated for bone repair. Uniaxially aligned electrospun polycaprolactone nanofibers were doped with black phosphorus nanosheets (BP NSs) to endow the scaffold with excellent near-infrared (NIR) responsive capability. Apt19S was then decorated on the surface of the scaffold to selectively recruit MSCs toward the injured site. Afterward, microparticles of phase change materials loaded with antibacterial drugs were also deposited on the surface of the scaffold, which could undergo a solid-to-liquid phase transition above 39 °C, triggering the release of payload to eliminate bacteria and prevent infection. Under NIR irradiation, photothermal-mediated up-regulation of heat shock proteins and accelerated biodegradation of BP NSs could promote the osteogenic differentiation of MSCs and biomineralization. Overall, this strategy shows the ability of bacteria elimination, MSCs recruitment, and bone regeneration promotion with the assistance of photothermal effect in vitro and in vivo, which emphasizes the design of a bioinspired scaffold and its potential for a mild photothermal effect in bone tissue engineering.
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