Biomimetic Structural Protein Based Magnetic Responsive Scaffold for Enhancing Bone Regeneration by Physical Stimulation on Intracellular Calcium Homeostasis

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作者
Haifeng Liang,Yan‐Pei Zou,Annan Hu,Ben Wang,Juan Li,Lei Huang,W.-L. Chen,Dihan Su,Lan Xiao,Yin Xiao,Ma Yuan,Xilei Li,Libo Jiang,Jian Dong
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
卷期号:12 (32) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adhm.202301724
摘要

Abstract The bone matrix has distinct architecture and biochemistry which present a barrier to synthesizing bone‐mimetic regenerative scaffolds. To mimic the natural structures and components of bone, biomimetic structural decellularized extracellular matrix (ECM)/regenerated silk fibroin (RSF) scaffolds incorporated with magnetic nanoparticles (MNP) are prepared using a facile synthetic methodology. The ECM/RSF/MNP scaffold is a hierarchically organized and interconnected porous structure with silk fibroin twined on the collagen nanofibers. The scaffold demonstrates saturation magnetization due to the presence of MNP, along with good cytocompatibility. Moreover, the β ‐sheet crystalline domain of RSF and the chelated MNP could mimic the deposition of hydroxyapatite and enhance compressive modulus of the scaffold by ≈20%. The results indicate that an external static magnetic field (SMF) with a magnetic responsive scaffold effectively promotes cell migration, osteogenic differentiation, neogenesis of endotheliocytes in vitro, and new bone formation in a critical‐size femur defect rat model. RNA sequencing reveals that the molecular mechanisms underlying this osteogenic effect involve calsequestrin‐2‐mediated Ca 2+ release from the endoplasmic reticulum to activate Ca 2+ /calmodulin/calmodulin‐dependent kinase II signaling axis. Collectively, bionic magnetic scaffolds with SMF stimulation provide a potent strategy for bone regeneration through internal structural cues, biochemical composition, and external physical stimulation on intracellular Ca 2+ homeostasis.
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