Cartilage-Inspired Hydrogel with Mechanical Adaptability, Controllable Lubrication, and Inflammation Regulation Abilities

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作者
Peng Yu,Yanyan Li,Hui Sun,Xiang Ke,Jiaqi Xing,Yiran Zhao,Xinyuan Xu,Qin Meng,Jing Xie,Jianshu Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (23): 27360-27370 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acsami.2c04609
摘要

Cartilage is a key component in joints because of its load-bearing and lubricating abilities. However, osteoarthritis often leads to afunction of load-bearing/lubrication and occurrence of inflammation with overexpressed reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO). To address these issues, we fabricated a novel polyanionic hydrogel with abundant carboxylates/sulfonates ("CS" hydrogel), inspired by normal cartilage rich in anionic hyaluronate/sulfonate glycosaminoglycan/lubricin, and crosslinked it tightly by Fe3+ ("CS-Fe" hydrogel). The "CS-Fe" hydrogel displayed mechanical adaptability and shear resistance. A low coefficient of friction (∼0.02) appeared when a loose hydrogel layer was generated because of the photoreduction of Fe3+ to Fe2+ by UV irradiation. This biocompatible "CS-Fe" hydrogel suppressed the overexpressed hydroxyl radical (·OH) and NO in macrophages and protected chondrocytes/fibroblasts from aggressive inflammation. Moreover, the layered "CS-Fe" hydrogel avoided cell death of chondrocytes in sliding tests. The results demonstrate that this cartilage-inspired hydrogel is a promising candidate material in cartilage tissue engineering to especially address inflammation.
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