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Bioactive Nb2C MXene-Functionalized Hydrogel with Microenvironment Remodeling and Enhanced Neurogenesis to Promote Skeletal Muscle Regeneration and Functional Restoration
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1002/smll.202310483 Hua Zheng 1, 2 , Zuoting Yang 1, 2 , Li Zhou 3 , Baoliang Zhang 1, 2 , Ruidong Cheng 1, 2 , Qiuyu Zhang 1, 2
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1002/smll.202310483 Hua Zheng 1, 2 , Zuoting Yang 1, 2 , Li Zhou 3 , Baoliang Zhang 1, 2 , Ruidong Cheng 1, 2 , Qiuyu Zhang 1, 2
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The complete structure-functional repair of volumetric muscle loss (VML) remains a giant challenge and biomedical hydrogels to remodel microenvironment and enhance neurogenesis have appeared to be a promising direction. However, the current hydrogels for VML repair hardly achieve these two goals simultaneously due to their insufficient functionality and the challenge in high-cost of bioactive factors. In this study, a facile strategy using Nb2C MXene-functionalized hydrogel (OPTN) as a bioactive scaffold is proposed to promote VML repair with skeletal muscle regeneration and functional restoration. In vitro experiments show that OPTN scaffold can effectively scavenge reactive oxygen species (ROS), guide macrophages polarization toward M2 phenotype, and resist bacterial infection, providing a favorable microenvironment for myoblasts proliferation as well as the endothelial cells proliferation, migration, and tube formation. More importantly, OPTN scaffold with electroactive feature remarkably boosts myoblasts differentiation and mesenchymal stem cells neural differentiation. Animal experiments further confirm that OPTN scaffold can achieve a prominent structure-functional VML repair by attenuating ROS levels, alleviating inflammation, reducing fibrosis, and facilitating angiogenesis, newborn myotube formation, and neurogenesis. Collectively, this study provides a highly promising and effective strategy for the structure-functional VML repair through designing bioactive multifunctional hydrogel with microenvironment remodeling and enhanced neurogenesis.
中文翻译：
具有微环境重塑和增强神经发生的生物活性 Nb2C MXene 功能化水凝胶可促进骨骼肌再生和功能恢复
体积肌肉损失 （VML） 的完全结构功能修复仍然是一个巨大的挑战，重塑微环境和增强神经发生的生物医学水凝胶似乎是一个有前途的方向。然而，目前用于 VML 修复的水凝胶由于其功能不足和生物活性因子成本高的挑战，很难同时实现这两个目标。在这项研究中，提出了一种使用 Nb2C MXene 功能化水凝胶 （OPTN） 作为生物活性支架的简单策略，以促进 VML 修复与骨骼肌再生和功能恢复。体外实验表明，OPTN 支架可以有效清除活性氧 （ROS），引导巨噬细胞极化向 M2 表型，抵抗细菌感染，为成肌细胞增殖以及内皮细胞增殖、迁移和管形成提供有利的微环境。更重要的是，具有电活性特征的 OPTN 支架显着促进了成肌细胞分化和间充质干细胞神经分化。动物实验进一步证实，OPTN 支架可以通过减弱 ROS 水平、减轻炎症、减少纤维化以及促进血管生成、新生儿肌管形成和神经发生来实现显着的结构功能 VML 修复。总的来说，本研究通过设计具有微环境重塑和增强神经发生的生物活性多功能水凝胶，为结构-功能 VML 修复提供了一种非常有前途且有效的策略。
更新日期：2024-09-10
中文翻译：
具有微环境重塑和增强神经发生的生物活性 Nb2C MXene 功能化水凝胶可促进骨骼肌再生和功能恢复
体积肌肉损失 （VML） 的完全结构功能修复仍然是一个巨大的挑战，重塑微环境和增强神经发生的生物医学水凝胶似乎是一个有前途的方向。然而，目前用于 VML 修复的水凝胶由于其功能不足和生物活性因子成本高的挑战，很难同时实现这两个目标。在这项研究中，提出了一种使用 Nb2C MXene 功能化水凝胶 （OPTN） 作为生物活性支架的简单策略，以促进 VML 修复与骨骼肌再生和功能恢复。体外实验表明，OPTN 支架可以有效清除活性氧 （ROS），引导巨噬细胞极化向 M2 表型，抵抗细菌感染，为成肌细胞增殖以及内皮细胞增殖、迁移和管形成提供有利的微环境。更重要的是，具有电活性特征的 OPTN 支架显着促进了成肌细胞分化和间充质干细胞神经分化。动物实验进一步证实，OPTN 支架可以通过减弱 ROS 水平、减轻炎症、减少纤维化以及促进血管生成、新生儿肌管形成和神经发生来实现显着的结构功能 VML 修复。总的来说，本研究通过设计具有微环境重塑和增强神经发生的生物活性多功能水凝胶，为结构-功能 VML 修复提供了一种非常有前途且有效的策略。
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