Bioinspired cascade nanozymes reprogram osteoarthritic joints: Mn-Nb 2 C-CeO 2 mediated immuno-redox circuitry for self-healing cartilage

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作者
Yan Ma,Yufei Liu,Pan Chen,Yingfeng Su,Zizheng Chen,Xiangqian Fang,Yujun Zhang,Junxin Chen,Wenbin Xu
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:19 (1): 94908293-94908293 被引量:1
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94908293
摘要

Osteoarthritis (OA), a debilitating joint disorder affecting millions worldwide, is characterized by persistent inflammation, oxidative stress, and irreversible cartilage breakdown, yet remains without disease-modifying therapies. Inspired by natural enzymatic cascades, we developed a bioinspired nanocomposite hydrogel, N,S-doped Mn-Nb(C-CeO), that mimics endogenous antioxidant pathways to reprogram the OA microenvironment. This system combines N,S-doped Mn-Nb2C MXene nanosheets with CeO2 nanozymes within a boronate ester-crosslinked hydrogel, forming an “immuno-redox circuitry” with four synergistic functions: 1) Cascade reactive oxygen species(ROS) scavenging via superoxide dismutase-like Mn-Nb2C and catalase-like CeO2, amplified by photothermal enhancement under near-infrared irradiation; 2) Broad reactive nitrogen species clearance, removing peroxynitrite(ONOO-), nitric oxide(NO), and nitroxyl(NO-) to mitigate inflammation; 3) Immunomodulation through Mn2+-activated cGAS-STING signaling, which promoted macrophage polarization toward the M2 phenotype, concomitantly reducing the levels of pro-inflammatory cytokines such as IL-1β and TNF-α; 4) Cartilage regeneration via pH/ROS-responsive simvastatin(SIM) release and nanocatalysis, upregulating SOX9 and Col2a1 while inhibiting MMP-13 and ADAMTS5. In a murine OA model, the system reduced synovitis by 60%, restored 80% of cartilage thickness, and suppressed osteophyte formation, outperforming single-component treatments. This strategy pioneers a “self-healing cartilage” approach by integrating nanocatalysis with immunoengineering for transformative OA therapy.
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