Osteoimmunometabolic modulation via hydrogen-self-supplying magnesium-reinforced collagen membrane for enhanced guided bone regeneration

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作者
Yuqing Mu,Zhibin Du,Wendong Gao,Ze He,Lan Xiao,Yinghong Zhou,Imaan Ahmed,Huan Dai,Ming Liu,Jiaying Liu,Xin Wang,Sheng Yu,Yin Xiao
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:329: 123928-123928 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2025.123928
摘要

Localized delivery of molecular hydrogen (H 2 ) in bone tissue engineering remains largely unexplored, despite its potent antioxidative and anti-inflammatory properties. In this study, we present a multifunctional collagen membrane reinforced with micro-magnesium wires coated with metal-phenolic networks (Col-MMW), designed for guided bone regeneration (GBR). The embedded magnesium wires provide mechanical reinforcement, enhancing the membrane’s structural integrity and space-maintaining capability during early healing. Concurrently, magnesium degradation enables sustained, site-specific release of H 2 and magnesium ions (Mg 2+ ), offering a synergistic strategy to modulate the osteoimmune environment. Col-MMW attenuates intracellular reactive oxygen species (ROS) and reprograms cellular metabolism from glycolysis toward oxidative phosphorylation, thereby activating the nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF-2)-mediated redox balance pathway and suppressing nuclear factor kappa B (NF-κB) pathway-driven inflammation. This osteoimmunometabolic reprogramming leads to a significant reduction in inflammatory responses. In vivo studies, including rat subcutaneous implantation and calvarial defect models, demonstrated that the immunoregulatory effects of Col-MMW significantly promoted osteogenesis. By integrating mechanical reinforcement with localized metabolic and immune modulation, Col-MMW redefines the design paradigm of GBR membranes. These findings highlight Col-MMW as a next-generation biomaterial that combines structural integrity with targeted osteoimmunomodulation, addressing the unmet need for intelligent biomaterials for bone repair. • Innovative GBR membrane with localized H 2 delivery for bone regeneration • Dual release of H 2 and Mg 2+ modulates inflammation and enhances osteogenesis • Mg wire reinforcement improves the GBR membrane’s mechanical stability • Col-MMW benefits bone regeneration via osteoimmunometabolic modulation • Multifunctional membrane advances biomaterial design for regenerative medicine
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