STMP and PVPA as Templating Analogs of Noncollagenous Proteins Induce Intrafibrillar Mineralization of Type I Collagen via PCCP Process

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作者
Yiru Wang,Yizhou Zhang,Zhe Shen,Yuan Qiu,Chaoyang Wang,Zhifang Wu,Minjuan Shen,Changyu Shao,Ruikang Tang,Matthias Hannig,Baiping Fu,Zihuai Zhou
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
卷期号:13 (20) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adhm.202400102
摘要

Abstract The phosphorylated noncollagenous proteins (NCPs) play a vital role in manipulating biomineralization, while the mechanism of phosphorylation of NCPs in intrafibrillar mineralization of collagen fibril has not been completely deciphered. Poly(vinylphosphonic acid) (PVPA) and sodium trimetaphosphate (STMP) as templating analogs of NCPs induce hierarchical mineralization in cooperation with indispensable sequestration analogs such as polyacrylic acid (PAA) via polymer‐induced liquid‐like precursor (PILP) process. Herein, STMP‐Ca and PVPA‐Ca complexes are proposed to achieve rapid intrafibrillar mineralization through polyelectrolyte‐Ca complexes pre‐precursor (PCCP) process. This strategy is further verified effectively for remineralization of demineralized dentin matrix both in vitro and in vivo. Although STMP micromolecule fails to stabilize amorphous calcium phosphate (ACP) precursor, STMP‐Ca complexes facilely permeate into intrafibrillar interstices and trigger phase transition of ACP to hydroxyapatite within collagen. In contrast, PVPA‐stabilized ACP precursors lack liquid‐like characteristic and crystallize outside collagen due to rigid conformation of PVPA macromolecule, while PVPA‐Ca complexes infiltrate into partial intrafibrillar intervals under electrostatic attraction and osmotic pressure as evidenced by intuitionistic 3D stochastic optical reconstruction microscopy (3D‐STORM). The study not only extends the variety and size range of polyelectrolyte for PCCP process but also sheds light on the role of phosphorylation for NCPs in biomineralization.
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