Dual-Functional Interface Engineering of Mesoporous Bioactive Glass via Polydopamine Chelation for 3D-Printed Scaffolds with Synergistic Photothermal Therapy and Enhanced Osteogenesis

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作者
Shutao Ma,Xuechen Ding,Wen Tian,Xiaoxiao Liang,Peng Zhang,Weitao Yao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (51): 69162-69179 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c19186
摘要

Osteosarcoma resection creates critical-sized bone defects plagued by residual tumor cells and compromised regeneration due to chemo-radiotherapy toxicity. While 3D-printed scaffolds offer anatomical precision, multifunctional implants enabling concurrent tumor ablation and vascularized bone repair remain an unmet need. Here, we engineered a tritherapeutic platform by functionalizing mesoporous bioactive glass (MBG) with polydopamine (PDA) for photothermal tumor eradication under NIR irradiation (808 nm), followed by Mg2+ chelation (MBG@PM) to confer pro-angiogenic activity. The resulting MBG@PM nanoparticles were incorporated into chitosan (CS) bioinks for cryogenic 3D printing, fabricating patient-specific MBG@PM-CS scaffolds. These constructs demonstrated exceptional photothermal capacity and tumor elimination in vitro/vivo. Sustained release of Mg2+/Ca2+/Si4+ ions from MBG@PM synergistically stimulated angiogenesis and osteogenesis. In rat critical-sized femoral defects, MBG@PM-CS scaffolds accelerated coupled vascularization and bone regeneration, achieving enhanced defect healing at 8 weeks via microcomputed tomography (Micro-CT) and histological analysis. This platform introduces a tripartite strategy enabling concurrent tumor ablation, osteo-angiogenic coupling, and structural bone restoration, providing a promising approach for the treatment of osteosarcoma.
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