Whitlockite-loaded silk fibroin/polyvinyl alcohol hydrogel composited with porous tantalum scaffold enhances bone regeneration and immunomodulation via the TGF-β/NRROS signaling pathway

脚手架 生物相容性 化学 细胞生物学 骨愈合 信号转导 再生(生物学) 生物医学工程 丝绸 支架蛋白 复合数 聚乙烯醇 骨组织 体外 巨噬细胞极化 人造骨 下调和上调 组织工程 骨吸收
作者
Bing Ge,Haolin Jiao,Jianfeng Xu,Di Wu,Qinwen Xie,Guoshuang Zheng,Fang Cao,Guangxiao Yin,Dewei Zhao,Junlei Li
出处
期刊:Materials today bio [Elsevier BV]
卷期号:35: 102532-102532 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.mtbio.2025.102532
摘要

Bone defects, caused by diseases or trauma, significantly impact patients' quality of life. While porous Tantalum (pTa) scaffolds have shown promise in bone defect repair due to their excellent properties, their bioinert nature cannot meet the bioactive stimulation required for bone regeneration. To address these challenges, this study designed a composite scaffold composed of a 3D-printed pTa scaffold and a silk fibroin-crosslinked polyvinyl alcohol (SP) hydrogel loaded with whitlockite (WH). WH, a secondary inorganic component of bone tissue, was incorporated into the hydrogel to enhance its osteogenic, angiogenic and anti-inflammatory properties. The optimal proportions of PVA and WH were determined through extensive experiments. The resulting scaffold, designated as SP-pTa@WH, demonstrated remarkable biocompatibility and effectively promoted bone tissue repair in vitro and in vivo. Mechanistic studies revealed that SP-pTa@WH significantly modulated macrophage polarization towards the M2 phenotype and upregulated the expression of key osteogenic genes. High-throughput gene sequencing analysis further identified the TGF-β signaling pathway, particularly the NRROS gene, as critical in mediating the anti-inflammatory effects of SP-pTa@WH. Overall, this study provides a novel composite scaffold with enhanced osteogenic and immunomodulatory capabilities, offering broad prospects for clinical applications in bone defect repair.
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