Injectable pathological microenvironment-responsive anti-inflammatory hydrogels for ameliorating intervertebral disc degeneration

自愈水凝胶 椎间盘 材料科学 变性(医学) 病态的 生物医学工程 医学 病理 解剖 高分子化学
作者
Lei Liu,Lei Liu,Wantao Wang,Lin Huang,Yiwen Xian,Wenzheng Ma,Jinghao Fan,Yixi Li,Hongmei Liu,Zhaomin Zheng,Decheng Wu
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:306: 122509-122509 被引量:82
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2024.122509
摘要

Chronic local inflammation and resulting cellular dysfunction of nucleus pulposus (NP) cells are important pathogenic factors of intervertebral disc degeneration (IDD). Injectable pathological microenvironment-responsive hydrogels hold significant potential for treating IDD by adapting to dynamic microenvironment of IDD. Herein, we proposed an injectable gelatin-based hydrogel drug delivery system that could respond to the pathological microenvironment of IDD for controlled release of anti-inflammatory drug to promote degenerative NP repair. The hydrogel system was prepared by conjugating phenylboronic acid-modified gelatin methacryloyl (GP) with the naturally extracted anti-inflammatory drug epigallocatechin-3-gallate (EGCG) through dynamic boronic esters. The hydrogel exhibited excellent degradability, injectability, antioxidant properties, anti-inflammatory effects, and biocompatibility. It also displayed responsive-release of EGCG under high reactive oxygen species (ROS) levels and acidic conditions. The hydrogel demonstrated remarkable cytoprotective effects on NP cells in both hyperactive ROS environments and inflammatory cytokine-overexpressed environments in vitro. In vivo studies revealed that the hydrogel injected in situ could effectively ameliorate the intervertebral disc degeneration by maintaining the disc height and NP tissue structure in a rat IDD model. The hydrogel system exhibited excellent biocompatibility and responsive-release of diol-containing drugs in pathological microenvironments, indicating its potential application as a drug delivery platform.
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