3D bioprinted nanozyme-enhanced GelMA hydrogel with antioxidant/anti-inflammatory potential for bone repair

自愈水凝胶 炎症 纳米技术 抗氧化剂 生物医学工程 化学 材料科学 医学 免疫学 高分子化学 生物化学
作者
Yuting Chen,Huixiu Han,Lei Liu,Junxu Yang,Hao Wang,Ying Tan,Feiying Yin,Jianwen Cheng,Zheng Li,Jinmin Zhao
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (10): 94907979-94907979
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94907979
摘要

The repair of large-scale bone defects is still a challenge in clinical orthopedics. Especially, Excessive reactive oxygen species (ROS)-induced oxidative stress injury greatly affected bone healing. In this study, we innovatively developed an antioxidant 3D-bioprinted M-Mn3O4@Gel by integrating M-Mn3O4 nanozyme into photo-crosslinked gelatin methacryloyl (GelMA) for the therapy of bone defects. Results showed that the incorporation of M-Mn3O4 not only enhanced the mechanical properties of the nanocomposite hydrogel with the compressive modulus 141.79% higher than that of pure GelMA, but also maintained excellent 3D printability. In vitro studies confirmed that the 3D-printed M-Mn3O4@Gel exhibited favorable biocompatibility and cell adhesion. It significantly reduced oxidative stress through efficient ROS scavenging, restored mitochondrial function, and ultimately demonstrated remarkable osteogenic capacity, highlighting the efficacy of control-released nanozymes. More importantly, under near-infrared (NIR) irradiation, M-Mn3O4@Gel demonstrated further enhanced ROS-scavenging capacity and bone regeneration potential. Mechanistically, M-Mn3O4@Gel promoted osteogenesis by upregulating heat shock protein 40kDa (HSP40) and HSP70 expression, effectively mitigating the overactivation of the Nrf2 pathway. This study innovatively combines nanozyme technology with 3D-printed hydrogel materials, offering a novel strategy to address the challenge of oxidative stress in bone regeneration.
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