Multifunctional Sr 2+ /Zn 2+ Co‐Doped Mesoporous Silica Nanoparticles in Injectable Hydrogel for Ameliorating Osteoporotic Osseointegration

材料科学 自愈水凝胶 骨整合 介孔材料 纳米颗粒 介孔二氧化硅 纳米技术 纳米医学 生物矿化 明胶 生物相容性 化学工程 化学 高分子化学 植入 冶金 催化作用 外科 工程类 医学 生物化学
作者
Wei Cui,Ismat Ullah,Weiming Lin,Zhang Jian,Zhaowei Chen,Shuyi Yang,Peng Wei,Yin Zhuang,Wenjin Chen,Yi Cao,Shujun Zhang,Shengyang Jin,Liang Yang
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
卷期号:14 (22): e2500921-e2500921 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adhm.202500921
摘要

Developing advanced biomaterials with controllable nanostructures and biological multifunctionality is highly promising in biomedical fields. In this study, novel Sr2+/Zn2+ co-doped mesoporous silica nanoparticles (MSNs) are fabricated using a designated substitution and etching method. The obtained SrZn-MSNs possess unique hollow mesoporous structures, round spherical morphology, high specific surface areas, and suitable pore sizes. On this basis, gelatin methacrylate is combined with SrZn-MSNs to construct injectable photo-crosslinked hydrogels characterized by desired 3D interconnected porous structure, rough micro-surface topography, sustained Sr/Zn ions releasing, improved biomineralization and mechanical properties. These satisfactory properties allow SrZn-MSNs to fully exert their bioactivity in composite hydrogels, efficiently ameliorating osteoporotic osseointegration around Ti alloys without drug loading. Direct cell culture on composite hydrogels further confirms the superior biological multifunctionality of SrZn-MSNs to positively manipulate the coupling of immunoregulation-osteogenesis-angiogenesis, depending on the synergetic actions of bioactive Sr2+/Zn2+. Furthermore, the underlying molecular mechanism responsible for enhanced osteogenesis of SrZn-MSNs is clarified to be the upregulated PI3K-AKT pathway, mainly mediated by activated integrin (Itgβ8, Itgα4) and toll-like receptor (Tlr2) signaling. These findings throw new insights into the fabrication of novel SrZn-MSNs and highlight its superior biological multifunctionality and osteogenic mechanism, thus may providing a new practical strategy for bone healing.
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