受生物矿化启发的 3D 打印生物活性玻璃纳米复合支架通过重塑微环境协调糖尿病骨再生,Bioactive Materials

II 型糖尿病 (TIIDM) 对于牙医和骨科医生来说仍然是一个具有挑战性的临床问题。由于持续的高血糖和改变的宿主代谢，具有慢性炎症、晚期糖基化终产物积累和减弱的生物矿化的病理性糖尿病微环境严重损害骨再生效率。为了“重塑”病理性糖尿病微环境，我们 3D 打印了由含锶介孔生物活性玻璃纳米粒子 (Sr-MBGNs) 和甲基丙烯酸明胶 (GelMA) 组成的生物支架。Sr-MBGNs 作为嵌入 GelMA 模拟细胞外基质中的生物矿化前体，释放 Sr、Ca 和 Si 离子，增强成骨、血管生成和免疫调节特性。除了血管生成和抗炎作用外，这种创新设计表明，纳米复合材料可以通过激活赖氨酰氧化酶来调节细胞外基质重建和模拟生物矿化，形成健康的酶促交联胶原蛋白，促进细胞粘着斑，调节成骨细胞分化，并促进非胶原蛋白 OCN 的释放（纤维内矿化依赖性） ，从而通过 Kindlin-2/PTH1R/OCN 轴协调成骨。这种 3D 打印的生物支架提供了一个多功能的生物矿化系统，可以重塑“贫瘠”的糖尿病微环境，并阐明 TIIDM 的新骨再生方法。促进细胞粘着斑，调节成骨细胞分化，促进非胶原蛋白 OCN 的释放（纤维内矿化依赖），从而通过 Kindlin-2/PTH1R/OCN 轴协调成骨。这种 3D 打印的生物支架提供了一个多功能的生物矿化系统，可以重塑“贫瘠”的糖尿病微环境，并阐明 TIIDM 的新骨再生方法。促进细胞粘着斑，调节成骨细胞分化，促进非胶原蛋白 OCN 的释放（纤维内矿化依赖），从而通过 Kindlin-2/PTH1R/OCN 轴协调成骨。这种 3D 打印的生物支架提供了一个多功能的生物矿化系统，可以重塑“贫瘠”的糖尿病微环境，并阐明 TIIDM 的新骨再生方法。

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Type II diabetes mellitus (TIIDM) remains a challenging clinical issue for both dentists and orthopedists. By virtue of persistent hyperglycemia and altered host metabolism, the pathologic diabetic micromilieu with chronic inflammation, advanced glycation end products accumulation, and attenuated biomineralization severely impairs bone regeneration efficiency. Aiming to “remodel” the pathologic diabetic micromilieu, we 3D-printed bioscaffolds composed of Sr-containing mesoporous bioactive glass nanoparticles (Sr-MBGNs) and gelatin methacrylate (GelMA). Sr-MBGNs act as a biomineralization precursor embedded in the GelMA-simulated extracellular matrix and release Sr, Ca, and Si ions enhancing osteogenic, angiogenic, and immunomodulatory properties. In addition to angiogenic and anti-inflammatory outcomes, this innovative design reveals that the nanocomposites can modulate extracellular matrix reconstruction and simulate biomineralization by activating lysyl oxidase to form healthy enzymatic crosslinked collagen, promoting cell focal adhesion, modulating osteoblast differentiation, and boosting the release of OCN, the noncollagenous proteins (intrafibrillar mineralization dependent), and thus orchestrating osteogenesis through the Kindlin-2/PTH1R/OCN axis. This 3D-printed bioscaffold provides a multifunctional biomineralization-inspired system that remodels the “barren” diabetic microenvironment and sheds light on the new bone regeneration approaches for TIIDM.