ZIF-8-based Nanoparticles for Inflammation Treatment and Oxidative Stress Reduction in Periodontitis

材料科学 氧化应激 牙周炎 炎症 纳米颗粒 还原(数学) 纳米技术 医学 牙科 免疫学 内科学 几何学 数学
作者
Yaxin Li,Chenci Xu,Jing Mao,Lixia Mao,Weiqi Li,Ziyang Liu,Airi Shin,Jiaqing Wu,Lingli Hou,Dejian Li,Kaili Lin,Jiaqiang Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (28): 36077-36094 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.4c05722
摘要

Periodontitis, an inflammatory bone resorption disease associated with dental plaque, poses significant challenges for effective treatment. In this study, we developed Mino@ZIF-8 nanoparticles inspired by the periodontal microenvironment and the unique properties of zeolitic imidazolate framework 8, aiming to address the complex pathogenesis of periodontitis. Transcriptome analysis revealed the active engagement of Mino@ZIF-8 nanoparticles in innate and adaptive inflammatory host defense and cellular metabolic remodeling. Through sustained release of the anti-inflammatory and antibacterial agent minocycline hydrochloride (Mino) and the generation of Zn2+ with pro-antioxidant effects during degradation, Mino@ZIF-8 nanoparticles synergistically alleviate inflammation and oxidative damage. Notably, our study focuses on the pivotal role of zinc ions in mitochondrial oxidation protection. Under lipopolysaccharide (LPS) stimulation, periodontal ligament cells undergo a metabolic shift from oxidative phosphorylation (OXPHOS) to glycolysis, leading to reduced ATP production and increased reactive oxygen species levels. However, Zn2+ effectively rebalances the glycolysis-OXPHOS imbalance, restoring cellular bioenergetics, mitigating oxidative damage, rescuing impaired mitochondria, and suppressing inflammatory cytokine production through modulation of the AKT/GSK3β/NRF2 pathway. This research not only presents a promising approach for periodontitis treatment but also offers novel therapeutic opportunities for zinc-containing materials, providing valuable insights into the design of biomaterials targeting cellular energy metabolism regulation.
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