Multifaceted Catalytic Glucose Depletion and Reactive Oxygen Species-Scavenging Nanoenzyme Composite Hydrogel for Facilitating Diabetic Bone Regeneration

再生(生物学) 活性氧 催化作用 破骨细胞 氧化应激 糖基化 化学 生物物理学 细胞生物学 体外 生物化学 生物 受体
作者
Shuyao Liu,Ming Lu,Meihua Zhang,Xiaoqing Sun,Bin Luo,Yao Wu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (2): 2677-2694 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c14596
摘要

Regeneration of diabetic bone defects remains a formidable challenge due to the chronic hyperglycemic state, which triggers the accumulation of advanced glycation end products (AGEs) and reactive oxygen species (ROS). To address this issue, we have engineered a bimetallic metal-organic framework-derived Mn@Co3O4@Pt nanoenzyme loaded with alendronate and Mg2+ ions (termed MCPtA) to regulate the hyperglycemic microenvironment and recover the osteogenesis/osteoclast homeostasis. Notably, the Mn atom substitution in the Co3O4 nanocrystalline structure could modulate the electronic structure and significantly improve the SOD/CAT catalytic activity for ROS scavenging. By integration with GOx-like Pt nanoparticles, the MCPtA achieved effective multiple cascade catalytic performance that facilitated the clearance of glucose and ROS. Furthermore, the MCPtA was encapsulated within a glucose-responsive hydrogel cross-linked via a borate ester bond, termed PAM, to evaluate the potential of the composite hydrogel for cranial defect repair in diabetic rats. The in vitro/vivo experiments as well as the RNA sequencing analysis demonstrated that the nanoenzyme composite hydrogel could disrupt the glucose-ROS-induced inflammation and promoted osteogenesis and angiogenesis, in consequence, improving the therapeutic effects for diabetic bone regeneration. This study provided crucial insights into nanoenzyme-mediated microenvironmental regulation for diabetic bone regeneration.
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