A Pathological Microenvironment–Responsive Catalytic Carbon Nanodots Release Platform Intercepting the ROS–Inflammation Cascade to Alleviate Intervertebral Disc Degeneration

氧化应激 化学 炎症 活性氧 变性(医学) 生物物理学 细胞外基质 细胞生物学 椎间盘 细胞外 MMP3型 氧化磷酸化 级联 基质金属蛋白酶 抗氧化剂 核心 细胞内 纳米点 巨噬细胞 纳米技术 转基因 促炎细胞因子 共价键 生物化学 基质(化学分析) 基因传递 催化作用 再生(生物学) 信号转导 程序性细胞死亡 活性氮物种
作者
Xiang Luo,Jiajun Xie,Fengxu Yan,Zhidong Peng,Chongzhi Pan,Yiming Hu,Jian Zhang,Changxiong Cai,Jinghong Yuan,Yang Li,Xinxin Miao,何丁文,Xigao Cheng
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
卷期号:: e71151-e71151
标识
DOI:10.1002/adhm.71151
摘要

Localized oxidative stress and chronic inflammation driven by excessive accumulation of reactive oxygen species (ROS) represent central pathogenic forces that initiate and perpetuate the degenerative cascade underlying intervertebral disc degeneration (IVDD). Here, it is developed a pathological microenvironment-responsive catalytic carbon nanodot delivery platform (PPOD@CeCDs) featuring dual reversible covalent cross-linking mediated by phenylboronate ester and Schiff base bonds, which selectively senses the acidic and highly oxidative milieu characteristic of IVDD to enable on-demand release of cerium-doped carbon nanodots (CeCDs), thereby intercepting the ROS-driven inflammatory cascade at its oxidative origin. PPOD@CeCDs exhibits favorable injectability, controllable degradability, biocompatibility, and robust antioxidant activity, together with stable intradiscal retention and stimulus-responsive release under pathological conditions. In vitro, PPOD@CeCDs protects nucleus pulposus (NP) cells from oxidative injury, suppresses inflammation amplification by modulating the ROS-driven PI3K-Akt-NF-κB signaling axis, regulates macrophage polarization, and preserves extracellular matrix homeostasis. In a rat model of IVDD, intradiscal injection of PPOD@CeCDs mitigates matrix degradation and promotes structural restoration of degenerative discs. Collectively, by integrating a microenvironment-responsive hydrogel with catalytically active carbon nanodots, this strategy sustainably intercepts ROS-driven inflammatory cascades and offers a mechanistically defined, translationally promising therapeutic approach for IVDD.
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