Mussel-Inspired Tissue-Adhesive Hydrogel Based on the Polydopamine–Chondroitin Sulfate Complex for Growth-Factor-Free Cartilage Regeneration

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作者
Lu Han,Menghao Wang,Pengfei Li,Donglin Gan,Liwei Yan,Jielong Xu,Kefeng Wang,Liming Fang,C.W. Chan,Hongping Zhang,Huipin Yuan,Xiong Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (33): 28015-28026 被引量:287
标识
DOI:10.1021/acsami.8b05314
摘要

Glycosaminoglycan-based hydrogels are widely used for cartilage repair because glycosaminoglycans are the main component of the cartilage extracellular matrix and can maintain chondrocyte functions. However, most of the glycosaminoglycan-based hydrogels are negatively charged and cell-repellant, and they cannot host cells or favor tissue regeneration. Inspired by mussel chemistry, we designed a polydopamine-chondroitin sulfate-polyacrylamide (PDA-CS-PAM) hydrogel with tissue adhesiveness and super mechanical properties for growth-factor-free cartilage regeneration. Thanks to the abundant reactive catechol groups on the PDA, a cartilage-specific PDA-CS complex was formed by the self-assembly of PDA and CS, and then the PDA-CS complex was homogenously incorporated into an elastic hydrogel network. This catechol-group-enriched PDA-CS complex endowed the hydrogel with good cell affinity and tissue adhesiveness to facilitate cell adhesion and tissue integration. Compared with bare CS, the PDA-CS complex in the hydrogel was more effective in exerting its functions on adhered cells to upregulate chondrogenic differentiation. Because of the synergistic effects of noncovalent interactions caused by the PDA-CS complex and covalently cross-linked PAM network, the hydrogel exhibited super resilience and toughness, meeting the mechanical requirement of cartilage repair. Collectively, this tissue-adhesive and tough PDA-CS-PAM hydrogel with good cell affinity creates a growth-factor-free and biomimetic microenvironment for chondrocyte growth and cartilage regeneration and sheds light on the development of growth-factor-free biomaterials for cartilage repair.
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