Augmenting osteoporotic bone regeneration through a hydrogel-based rejuvenating microenvironment

骨愈合 再生(生物学) 间充质干细胞 材料科学 生物医学工程 化学 细胞生物学 医学 外科 生物
作者
Xiaoting Zhang,Boguang Yang,Lu Feng,Xiayi Xu,Chenmin Wang,Wayne Lee,Ming Wang,Xuan Lu,Ling Qin,Sien Lin,Liming Bian,Gang Li
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier BV]
卷期号:41: 440-454 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2024.07.036
摘要

Osteoporotic bone defects pose a significant challenge for bone regeneration as they exhibit impaired healing capacity and delayed healing period. To address this issue, this study introduces a hydrogel that creates a rejuvenating microenvironment, thereby facilitating efficient bone repair during the initial two weeks following bone defect surgery. The hydrogel, named GelHFS, was created through host-guest polymerization of gelatin and acrylated β-cyclodextrin. Incorporation of the human fetal mesenchymal stem cell secretome (HFS) formed GelHFS hydrogel aimed at mimicking a rejuvenated stem cell niche. Our results demonstrated that GelHFS hydrogel promotes cell stellate spreading and osteogenic differentiation via integrin β1-induced focal adhesion pathway. Implantation of GelHFS hydrogel in an osteoporotic bone defect rat model recruited endogenous integrin β1-expressing cells and enhanced new bone formation and bone strength. Our findings reveal that GelHFS hydrogel provides a rejuvenating niche for endogenous MSCs and enhances bone regeneration in osteoporotic bone defect. These findings highlight the potential of GelHFS hydrogel as an effective therapeutic strategy for addressing challenging bone healing such as osteoporotic bone regeneration. • GelHFS hydrogel creates a rejuvenating microenvironment that promotes bone regeneration in an osteoporotic bone defect rat model. • GelHFS hydrogel undergoes degradation in accordance with bone remodeling process, driven by recruited endogenous cells. • GelHFS hydrogel promotes MSCs osteogenesis by activating the integrin β1 induced focal adhesion pathway.
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