Safeguarding Osteointegration in Diabetic Patients: A Potent “Chain Armor” Coating for Scavenging ROS and Macrophage Reprogramming in a Microenvironment‐Responsive Manner

活性氧 材料科学 骨整合 细胞生物学 医学 生物物理学 癌症研究 植入 生物 外科
作者
Qingqing He,Shuai Yuan,Han Tang,Si Wang,Zhixiang Mu,Dize Li,Shan Wang,Xuan Jing,Shanshan Hu,Ping Ji,Tao Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (31) 被引量:58
标识
DOI:10.1002/adfm.202101611
摘要

Abstract Risk of implant failure increases profoundly in patients with pre‐existing conditions (e.g., diabetes). Current therapies adopt a one‐sided focus on the direct antibacterial properties of biomaterials and osteogenesis stimulation. However, in this study it is demonstrated that a “chain armor” structure (Ce‐TA) that mainly targets the regulation of the local pathological microenvironment, provides a novel solution to scavenge reactive oxygen species (ROS) by simulating superoxide dismutase and catalase and significantly improving osteointegration under diabetic conditions. Ce‐TA based on a metal phenolic network biological functional interface is successfully constructed. Ce‐TA, an ultrathin armor structure, is biocompatible and facile. Through in vitro assays it is demonstrated that Ce‐TA reshapes the diabetic microenvironment into a regenerative one in a microenvironment‐responsive manner, where Ce‐TA regulates hypoxia‐inducible factor 1α (HIF‐1α) activity by reducing the level of mitochondrial ROS, and effectively alleviates mitochondrial dysfunction and reprogrammes macrophages to a pro‐healing state. Furthermore, it is confirmed that Ce‐TA shows excellent therapeutic effects on the reducing postoperative infection and enhances osteointegration of intra‐osseous implants in diabetic rat models. The proposed strategy opens up a promising opportunity for repurposing metals with intrinsic enzyme‐like activity for the goal of enhancing the osteointegration of devices with orthopedic and dental applications among diabetic patients.
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