Magnetic Fe 3 O 4 Nanoparticles Modified Hydroxyapatite Whisker: A Novel Framework with Superior Osteogenic Efficacy

机械转化 机械敏感通道 材料科学 生物医学工程 磁性纳米粒子 化学 生物相容性 纳米技术 纳米颗粒 生物物理学 细胞生物学 医学 离子通道 生物化学 生物 受体 冶金
作者
Xue Zhang,Qiang Wang,Wanxin Zheng,Z.-T. Li,Lin Qu,Yulou Tian,Dan Zhang,Tingting Yan,Qing Zhou
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (39): e09715-e09715 被引量:2
标识
DOI:10.1002/advs.202509715
摘要

The valid repair of bone defects requires considering precise elements mirroring native tissue and the efficiency of treatment reality. Magnetic biomaterial-mediated mechanotransduction emerges as a critical mechanism for enhancing osteogenic differentiation and bone regeneration. Here, enhancement of osteogenic capacity is achieved in a hydroxyapatite whisker (HAw) by integrating with magnetic Fe3O4 nanoparticles (HAw/Fe3O4). The HAw/Fe3O4 exhibited excellent magnetic responsiveness and controllable alignment along magnetic field (MF) vectors enabled precise delivery of programmed mechanical stimuli. In vitro and in vivo experiments showed that Fe3O4 nanoparticles modified HAw has satisfactory biocompatibility and osteoinductivity, while the synergistic efficacy of magnetic biomaterial with external MF stimulation significantly accelerated bone matrix mineralization. The magnetic HAw/Fe3O4 with a MF significantly increased the expression of osteogenic markers and improved bone repair. The mechanosensitive ion channel of Piezo1 enabled efficient transcellular mechanotransduction through the MAPK pathway in response to the magnetic HAw/Fe3O4 with MF stimulation. The current study demonstrates that the HAw/Fe3O4 magnetic framework - developed through Fe3O4 nanoparticle integration to enhance HAw osteoinductivity via coordinated MF application and mechanobiological modulation - served as an optimal therapeutic platform for delivering programmed mechanical cues to activate Piezo1-mediated mechanotransduction cascades, ultimately accelerating bone tissue regeneration.
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