Amyloid Fibril and Clay Nanosheet Dual-Nanoengineered DNA Dynamic Hydrogel for Vascularized Bone Regeneration

自愈水凝胶 细胞外基质 再生(生物学) 材料科学 纤维 生物物理学 纳米技术 生物医学工程 化学 细胞生物学 生物化学 高分子化学 医学 生物
作者
Qian Yang,Yali Miao,Jinshui Luo,Yunhua Chen,Yingjun Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (17): 17131-17147 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c04816
摘要

Dynamic hydrogels have attracted enormous interest for bone tissue engineering as they demonstrate reversible mechanics to better mimic biophysical cues of natural extracellular matrix (ECM) compared to traditional static hydrogels. However, the facile development of therapeutic dynamic hydrogels that simultaneously recapitulate the filamentous architecture of the ECM of living tissues and induce both osteogenesis and angiogenesis to augment vascularized bone regeneration remains challenging. Herein, we report a dual nanoengineered DNA dynamic hydrogel developed through the supramolecular coassembly of amyloid fibrils and clay nanosheets with DNA strands. The nanoengineered ECM-like fibrillar hydrogel network is facilely formed without a complicated and tedious molecular synthesis. Amyloid fibrils together with clay nanosheets synergistically enhance the mechanical strength and stability of the dynamic hydrogel and, more remarkably, endow the matrix with an array of tunable features, including shear-thinning, injectability, self-healing, self-supporting, and 3D printable properties. The QK peptide is further chemically grafted onto amyloid fibrils, and its sustainable release from the hydrogel matrix stimulates the tube formation and migration with human umbilical vein endothelial cells. Meanwhile, the nanoengineered hydrogel matrix promotes osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells due to the sustainable release of Si4+ and Mg2+ derived from clay nanosheets. Furthermore, the manipulation of enhanced vascularized bone regeneration by the dynamic hydrogel is revealed in a rat cranial bone defect model. This dual nanoengineered strategy envisions great promise in developing therapeutic dynamic hydrogels for improved and customizable bone regeneration.
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