An injectable magnesium-loaded hydrogel releases hydrogen to promote osteoporotic bone repair via ROS scavenging and immunomodulation

清除 自愈水凝胶 化学 生物医学工程 材料科学 医学 冶金 生物化学 抗氧化剂 高分子化学
作者
Hang Zhou,Zhongyuan He,Youde Cao,Lei Chu,Bing Liang,Kexiao Yu,Zhong‐Liang Deng
出处
期刊:Theranostics [Ivyspring International Publisher]
卷期号:14 (9): 3739-3759 被引量:67
标识
DOI:10.7150/thno.97412
摘要

Background: The repair of osteoporotic bone defects remains challenging due to excessive reactive oxygen species (ROS), persistent inflammation, and an imbalance between osteogenesis and osteoclastogenesis. Methods: Here, an injectable H2-releasing hydrogel (magnesium@polyethylene glycol-poly(lactic-co-glycolic acid), Mg@PEG-PLGA) was developed to remodel the challenging bone environment and accelerate the repair of osteoporotic bone defects. Results: This Mg@PEG-PLGA gel shows excellent injectability, shape adaptability, and phase-transition ability, can fill irregular bone defect areas via minimally invasive injection, and can transform into a porous scaffold in situ to provide mechanical support. With the appropriate release of H2 and magnesium ions, the 2Mg@PEG-PLGA gel (loaded with 2 mg of Mg) displayed significant immunomodulatory effects through reducing intracellular ROS, guiding macrophage polarization toward the M2 phenotype, and inhibiting the IκB/NF-κB signaling pathway. Moreover, in vitro experiments showed that the 2Mg@PEG-PLGA gel inhibited osteoclastogenesis while promoting osteogenesis. Most notably, in animal experiments, the 2Mg@PEG-PLGA gel significantly promoted the repair of osteoporotic bone defects in vivo by scavenging ROS and inhibiting inflammation and osteoclastogenesis. Conclusions: Overall, our study provides critical insight into the design and development of H2-releasing magnesium-based hydrogels as potential implants for repairing osteoporotic bone defects.
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