Многофункциональная инъекционная гидрогелевая система с мягкой фототермической терапией для программируемой регуляции воспаления и костного микроокружения с целью улучшения заживления диабетических костных дефектов in situ

Каркасы из биоматериалов, не содержащие биологических факторов, играют всё более важную роль в реконструкции и регенерации костной ткани. Однако сложное и изменчивое патофизиологическое микроокружение в области повреждения при сахарном диабете, включающее порочный круг окислительного стресса и воспалительной реакции, нарушение остеогенеза и ангиогенеза, гиперактивный остеокластогенез, а также повышенную восприимчивость к бактериальной инфекции, может существенно снижать терапевтический потенциал имплантированных каркасов и приводить к неконтролируемому и неудовлетворительному заживлению костных дефектов.

Для решения этих проблем была предложена многофункциональная терапевтическая платформа с мягкой фототермической поддержкой, обозначенная как GAD/MC. Она объединяет двумерные медьсодержащие нанолисты TiC MXene, метакрилат желатина и альгинат, привитый допамином, для эффективной синергичной терапии диабетических костных дефектов. Нанолисты MXene, декорированные медью (MC), использовали одновременно как функциональные сшивающие агенты и нанонаполнитель. Они участвовали в формировании взаимопроникающей полимерной сетки за счёт множества ковалентных и нековалентных связей, благодаря чему гидрогель приобретал улучшенные механические свойства, способность к инъекционному введению и приданию формы, высокую адгезию к костной ткани и способность к самовосстановлению, а также устойчивость к набуханию и высокую эффективность фототермического преобразования излучения в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR).

Благодаря двойной чувствительности к NIR-излучению и pH созданная гидрогелевая система обеспечивала контролируемое высвобождение биоактивной меди в ответ на внешние стимулы, позволяя доставлять её по требованию непосредственно в область повреждения. Кроме того, при умеренном фототермическом воздействии эта интегрированная гидрогелевая система демонстрировала выраженные антибактериальные и антиоксидантные свойства. Она эффективно удаляла избыток активных форм кислорода (АФК), подавляла воспалительную реакцию и способствовала поляризации макрофагов в сторону провоспалительного при заживлении фенотипа M2. Эти свойства способствовали восстановлению оптимального микроокружения, поддерживавшего адгезию, пролиферацию, миграцию и дифференцировку остеобластов и эндотелиальных клеток, одновременно подавляя функцию остеокластов.

В модели критического дефекта свода черепа у диабетических крыс инъекционная гидрогелевая система GAD/MC в сочетании с умеренной гипертермией по требованию дополнительно синергично ускоряла формирование новой костной ткани и заживление костного дефекта за счёт удаления внутриклеточных АФК, уменьшения воспаления, направленной поляризации макрофагов в сторону фенотипа M2, стимуляции остеогенеза и ангиогенеза и подавления остеокластогенеза. В целом созданная многофункциональная инъекционная гидрогелевая система представляет собой перспективный терапевтический подход к решению сложных проблем, связанных с костной тканью, благодаря ремоделированию нарушенного иммунного микроокружения и ускорению заживления костных дефектов. Введение: Методы и результаты: Выводы: in situ32x2+