ROS-activatable biomimetic interface mediates in-situ bioenergetic remodeling of osteogenic cells for osteoporotic bone repair

间充质干细胞 骨重建 材料科学 骨整合 明胶 碱性磷酸酶 生物物理学 细胞生物学 化学 生物化学 医学 内分泌学 生物 植入 外科
作者
Maohua Chen,Menghuan Li,Yujia Wei,Chencheng Xue,Maowen Chen,Yang Fei,Lu Tan,Zhong Luo,Kaiyong Cai,Yan Hu
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:291: 121878-121878 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2022.121878
摘要

Bioenergy (ATP) is essentially required for supporting the osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs). However, factors such as high ROS levels and decreased glucose metabolism severely limit the bioenergy production in osteoporotic MSCs. We have prepared CaCO3-Quercetin- chromium (CaCO3-Qu-Cr) nanoparticles via ion coordination and packaged them into ROS-responsive gelatin/chitosan coating on titanium surface (Ti/Gel/CaCO3-Qu-Cr), aiming to improve the ATP production and cell mineralization by ameliorating ROS levels via Qu-mediated antioxidative effect and the promotional effect of Qu-Cr combination on glucose metabolism. Characterization results confirmed that Ti/Gel/CaCO3-Qu-Cr could be degraded in an ROS-responsive manner to release CaCO3-Qu-Cr nanoparticles continuously and eliminate excessive ROS in both the MSCs and microenvironment. Meanwhile, Ti/Gel/CaCO3-Qu-Cr significantly increased the glucose uptake and metabolism in osteoporotic MSCs and boosted their ATP and citrate production. This study laid the foundation for the development of functional titanium-based implants for the improvement of osteoporotic osseointegration.
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