Metal-Phenolic Modified Coaxial Electrospun Biomembrane Combined with the Photothermal Effect Enhances Bone Regeneration by Ameliorating Oxidative Stress and Mitochondrial Dysfunction via the PI3K/Akt Signaling Pathway

氧化应激 材料科学 PI3K/AKT/mTOR通路 再生(生物学) 蛋白激酶B 光热治疗 活性氧 生物物理学 金属 信号转导 细胞生物学 纳米技术 生物化学 冶金 化学 生物
作者
Shikang Zheng,Xiu-Mei Sun,Kai Chen,M D Zhang,Chentong Zou,Lin Wang,Zhi‐Peng Guo,Zi‐Bing Jin,Zhiyong Ma,Guanyu Li,Guomin Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c21265
摘要

Critical-sized bone defect regeneration remains a significant clinical challenge due to the complex cascade of biological processes involved. To address this, we developed a sophisticated hierarchical biomembrane (PCS@MPN10) designed to modulate the osteogenic microenvironment. Using coaxial electrospinning, we fabricated a core–shell structure with polylactic acid (PLA) as the membrane base, incorporating simvastatin in the core and chitosan in the shell. The membrane surface was further modified with a tannic acid-iron metal-polyphenol network coating. Our results demonstrated that the biomembrane exhibits excellent biocompatibility, photothermal properties, and significant antibacterial activity. Additionally, the membrane regulates the microenvironment by promoting M1-to-M2 macrophage polarization, showing strong osteogenic potential both in vitro and in vivo. Furthermore, PCS@MPN10+NIR modulates mitochondrial function through the PI3K-AKT pathway, clears mitochondrial reactive oxygen species (ROS), and alleviates cellular oxidative stress, thereby enhancing bone regeneration. Overall, these findings suggest that this biomembrane holds great promise as a strategy for improving bone regeneration in critical-sized defects.
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