Ultrasound-Activated GelMA Hydrogel Loaded with MSC-EVs Promotes Functional Regeneration of Skin Vasculature, Nerves, and Appendages

细胞生物学 再生(生物学) 间充质干细胞 再生医学 血管生成 生物医学工程 细胞外基质 伤口愈合 材料科学 干细胞 生物 医学 癌症研究 外科
作者
Bingyang Yu,Chao Zhang,Dongzhen Zhu,Yanlin Su,Xu Guo,Tian Feng,Jianjun Li,Li Zhao,Wei Song,Yi Kong,Jinpeng Du,Mengde Zhang,Yuyan Huang,Liting Liang,Qinghua Liu,Yaxin Tan,Yue Kong,Yuzhen Wang,Linhao Hou,Sha Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (28): 40143-40156 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.5c07357
摘要

Severe skin injuries often lead to dysfunctional healing marked by fibrosis and loss of vascular, neural, and appendage structures. While mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles (MSC-EVs) offer regenerative potential, their therapeutic efficacy is limited by poor delivery efficiency. Here, we present a bioengineered strategy combining ultrasound stimulation with a gelatin methacryloyl (GelMA) hydrogel-EV delivery platform to address these challenges. Ultrasound serves as a mechanobiological primer, enhancing MSC-EVs internalization via calcium-dependent cytoskeletal remodeling, thereby amplifying pro-regenerative pathways such as angiogenesis (such as VEGF), matrix modulation (such as TGF-β/Smad), and neural repair (such as NGF). In vitro, ultrasound (420 kHz, 5 V) synergized with MSC-EVs (60 μg/mL) significantly boosted fibroblast viability, migration, and secretory functions. In a murine full-thickness wound model, the ultrasound-activated GelMA-EV system accelerated re-epithelialization (90% closure by Day 14), induced robust neovascularization and neurogenesis, and facilitated unprecedented hair follicle regeneration. Mechanistic studies revealed ultrasound-driven calcium in-flow and actin depolymerization as key mediators of enhanced MSC-EVs uptake. This synergistic integration of physical and biochemical cues establishes a transformative paradigm for functional skin regeneration, bridging a critical gap in regenerative therapeutics.
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