A pH/ROS-responsive antioxidative and antimicrobial GelMA hydrogel for on-demand drug delivery and enhanced osteogenic differentiation in vitro

化学 活性氧 自愈水凝胶 药物输送 明胶 抗氧化剂 氧化应激 肿胀 的 成骨细胞 生物物理学 体外 药理学 生物化学 化学工程 有机化学 医学 工程类 生物
作者
Haowen Qi,B. Wang,Mingjuan Wang,Haifeng Xie,Chen Chen
出处
期刊:International Journal of Pharmaceutics [Elsevier BV]
卷期号:657: 124134-124134 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.ijpharm.2024.124134
摘要

Long-term inflammation, including those induced by bacterial infections, contributes to the superfluous accumulation of reactive oxygen species (ROS), further aggravating this condition, decreasing the local pH, and adversely affecting bone defect healing. Conventional drug delivery scaffold materials struggle to meet the demands of this complex and dynamic microenvironment. In this work, a smart gelatin methacryloyl (GelMA) hydrogel was synthesized for the dual delivery of proanthocyanidin and amikacin based on the unique pH and ROS responsiveness of boronate complexes. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) demonstrated the co-crosslinking of two boronate complexes with GelMA. The addition of the boronate complexes improved the mechanical properties, swelling ratio, degradation kinetics and antioxidative properties of the hydrogel. The hydrogel exhibited pH and ROS responses and a synergistic control over the drug release. Proanthocyanidin was responsively released to protect mouse osteoblast precursor cells from oxidative stress and promote their osteogenic differentiation. The hydrogel responded to pH changes and released sufficient amikacin in a timely manner, thereby exerting an efficient antimicrobial effect. Overall, the hydrogel delivery system exhibited a promising strategy for solving infectious and inflammatory problems in bone defects and promoting early-stage bone healing.
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