Dual-functional MOFs-based hybrid microgel advances aqueous lubrication and anti-inflammation

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作者
Wei Wu,Jianxi Liu,Xiao Lin,Zhengze He,Hui Zhang,Le Ji,Peiwei Gong,Feng Zhou,Weimin Liu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:644: 200-210 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.04.071
摘要

This paper demonstrates the hybridization of copolymer microgel with drug-loaded metal–organic frameworks nanoparticles that can achieve excellent aqueous lubricating performance and anti-inflammatory effect for synergistic treatment of osteoarthritis (OA). Poly(ethylene glycol)-graft-poly(N-isopropylacrylamide) (PEG-g-PNIPAm) microgel layer is grown on the MIL-101(Cr) surface via one-pot soap-free emulsion polymerization method. The lower critical solution temperature of the MIL-101(Cr)@PEG-g-PNIPAm hybrid is raised significantly by incorporating PEG chains into the PNIPAm microgel matrix, which greatly enhances the high-temperature aqueous dispersion stability. The hybrid microgel demonstrated reversibly thermo-sensitive swelling-collapsing behavior to modulate the optical properties and hydrodynamic size. Using as aqueous lubricating additives, the hybrid reduces over 64% and 97% in friction coefficient and wear volume. Also, the hybrid supports desirable temperature-controlled lubrication modulation due to their reversible thermo-responsive behavior, which is benefit to joint lubrication of OA. After encapsulating anti-inflammatory diclofenac sodium (DS), the DS-MIL-101(Cr)@PEG-g-PNIPAm shows thermo-responsive drug release in aqueous media, which can improve the drug-delivery efficiency. By co-culturing the DS-loaded hybrid with human normal chondrocytes, we demonstrate good biocompatibility and anti-inflammatory effect on the chondrocytes with inflammation by regulating the expression of OA-related genes and proteins. Our work establishes multifunctional MOFs-based hybrid microgel systems for advanced colloids modulation and biomedical application.
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