Bioinspired artificial antioxidases for efficient redox homeostasis and maxillofacial bone regeneration

活性氧 再生(生物学) 氢氧化物 氧化还原 化学 抗氧化剂 平衡 炎症 细胞生物学 氧化应激 生物化学 生物 免疫学 无机化学
作者
Ting Wang,Mingru Bai,Wei Geng,Mohsen Adeli,Ling Ye,Chong Cheng
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56179-0
摘要

Abstract Reconstructing large, inflammatory maxillofacial defects using stem cell-based therapy faces challenges from adverse microenvironments, including high levels of reactive oxygen species (ROS), inadequate oxygen, and intensive inflammation. Here, inspired by the reaction mechanisms of intracellular antioxidant defense systems, we propose the de novo design of an artificial antioxidase using Ru-doped layered double hydroxide (Ru-hydroxide) for efficient redox homeostasis and maxillofacial bone regeneration. Our studies demonstrate that Ru-hydroxide consists hydroxyls-synergistic monoatomic Ru centers, which efficiently react with oxygen species and collaborate with hydroxyls for rapid proton and electron transfer, thus exhibiting efficient, broad-spectrum, and robust ROS scavenging performance. Moreover, Ru-hydroxide can effectively sustain stem cell viability and osteogenic differentiation in elevated ROS environments, modulating the inflammatory microenvironment during bone tissue regeneration in male mice. We believe this Ru-hydroxide development offers a promising avenue for designing antioxidase-like materials to treat various inflammation-associated disorders, including arthritis, diabetic wounds, enteritis, and bone fractures.
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