Annexin V-Functionalized Injectable Calcium-Deficient Hydroxyapatite for Extracellular Vesicles Binding and Controlled Release.

چکیده اصلی

Calcium phosphates alone have a limited induction potential in challenging bone conditions, necessitating strategies that enhance cellular responses and matrix-related processes. An injectable formulation combining calcium-deficient hydroxyapatite (CDHA) with mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles may present a promising approach for modulating osteogenic activity. A dual formulation composed of calcium-deficient HA and human bone marrow mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles, incorporating Annexin V as a binding molecule, was generated and validated. Structural and molecular characterization was performed using Raman spectroscopy, electron paramagnetic resonance, and sodium dodecyl-sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Real-time impedance-based cell proliferation analysis was applied to determine biologically effective concentrations. The effects of the formulation on human osteoblast behavior and early osteogenic activity were additionally evaluated. Raman spectroscopy confirmed structural integration within the formulation termed CHAnEx, showing peak shifts and spectral features at 959, 630, and 806 cm-1, indicating molecular interactions between calcium-deficient HA, Annexin V, and extracellular vesicles. Electron paramagnetic resonance (EPR) analysis revealed distinct g-factor shifts consistent with binding interactions. Real-time proliferation analysis identified biologically effective concentrations of calcium-deficient HA and extracellular vesicles using human osteoblast models. The combined formulation increased alkaline phosphatase activity, showing approximately a 20%-25% increase compared to control groups. These findings indicate that the calcium-deficient HA-extracellular vesicle formulation supports functional interactions and modulates osteoblast responses under in vitro conditions, suggesting its relevance as an injectable biomaterial platform.

ترجمه فارسی چکیده

کلسیم‌فسفات‌ها به تنهایی پتانسیل تحریک محدودی در شرایط چالش‌برانگیز استخوان دارند، بنابراین نیاز به استراتژی‌هایی برای تقویت پاسخ‌های سلولی و فرآیندهای مرتبط با ماتریس وجود دارد. یک فرمولاسیون تزریقی که کلسیم‌فاقد هیدروکسی‌آپاتیت (CDHA) را با ویژکول‌های خارج سلولی مشتق شده از سلول‌های بنیادی مزانشیمی ترکیب می‌کند، می‌تواند رویکرد امیدوارکننده‌ای برای تنظیم فعالیت استخوان‌سازی باشد. یک فرمولاسیون دوگانه متشکل از کلسیم‌فاقد هیدروکسی‌آپاتیت و ویژکول‌های خارج سلولی مشتق شده از مغز استخوان انسان، که آنکوکسین V را به عنوان مولکول اتصال در بر می‌گیرد، تولید و تایید شد. ویژگی‌های ساختاری و مولکولی با استفاده از طیف‌سنجی رامان، پارامغناطیس الکترونی و الکتروفورز ژل پلی‌آکریل‌آمید سدیم دودسیل سولفات (SDS-PAGE) ارزیابی شد. تحلیل رشد سلولی مبتنی بر امپدانس زمان‌واقعی برای تعیین غلظت‌های بیولوژیکی مؤثر به کار گرفته شد. اثرات فرمولاسیون بر رفتار و فعالیت اولیه استخوان‌سازی انسان ارزیابی شد. طیف‌سنجی رامان تلفیق ساختاری در فرمولاسیون نام‌گذاری شده CHAnEx را تأیید کرد که تغییرات پیک و ویژگی‌های طیفی در ۹۵۹، ۶۳۰ و ۸۰۶ cm-1 را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده تعاملات مولکولی بین کلسیم‌فاقد هیدروکسی‌آپاتیت، آنکوکسین V و ویژکول‌های خارج سلولی است. تحلیل پارامغناطیس الکترونی (EPR) تغییرات گ-فاکتور متمایزی را که با تعاملات اتصال همخوانی دارد، آشکار ساخت. تحلیل رشد زمان‌واقعی غلظت‌های بیولوژیکی مؤثر کلسیم‌فاقد هیدروکسی‌آپاتیت و ویژکول‌های خارج سلولی را با استفاده از مدل‌های استخوان‌ساز انسان شناسایی کرد. فرمولاسیون ترکیبی فعالیت فسفاز قلیایی را افزایش داد که حدود ۲۰ تا ۲۵ درصد افزایش نسبت به گروه‌های کنترل را نشان داد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که فرمولاسیون کلسیم‌فاقد هیدروکسی‌آپاتیت-ویژکول خارج سلولی تعاملات عملکردی را پشتیبانی می‌کند و پاسخ‌های استخوان‌ساز را در شرایط آزمایشگاهی تنظیم می‌کند، که این امر اهمیت آن به عنوان یک پلتفرم بیومتریال تزریقی را پیشنهاد می‌کند.

متن کامل اصلی