Bioenergetic-active exosomes for cartilage regeneration and homeostasis maintenance

细胞生物学 再生(生物学) 软骨 软骨发生 平衡 软骨细胞 生物能学 化学 合成代谢 微泡 生物 线粒体 间充质干细胞 生物化学 小RNA 解剖 基因
作者
Xulong Liu,Shangtong Jiang,Ting Jiang,Ziyang Lan,Xin Zhang,Zhenyu Zhong,Xiaodan Wu,Cunjing Xu,Yingying Du,Shengmin Zhang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (42) 被引量:12
标识
DOI:10.1126/sciadv.adp7872
摘要

Cartilage regeneration relies on adequate and continuous bioenergy supply to facilitate cellular differentiation and extracellular matrix synthesis. Chondrocytes frequently undergo energy stress under pathological conditions, characterized by disrupted cellular metabolism and reduced adenosine triphosphate (ATP) levels. However, there has limited progress in modulating energy metabolism for cartilage regeneration thus far. Here, we developed bioenergetic-active exosomes (Suc-EXO) to promote cartilage regeneration and homeostasis maintenance. Suc-EXO exhibited a 5.42-fold increase in ATP content, enabling the manipulation of cellular energy metabolism by fueling the TCA cycle. With continuous energy supply, Suc-EXO promoted BMSC chondrogenic differentiation via the P2X7-mediated PI3K-AKT pathway. Moreover, Suc-EXO improved chondrocyte anabolism and mitochondrial homeostasis via the P2X7-mediated SIRT3 pathway. In a rabbit cartilage defect model, the Suc-EXO–encapsulated hydrogel notably promoted cartilage regeneration and maintained neocartilage homeostasis, leading to 2.26 and 1.53 times increase in Col2 and ACAN abundance, respectively. These findings make a remarkable breakthrough in modulating energy metabolism for cartilage regeneration, offering immense potential for clinical translation.
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