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Controlled release of hypoxic exosomes from PLGA microspheres attenuates IVDD progression through activating PPAR-γ and suppressing oxidative stress-mediated NPCs senescence - 04/02/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2025.118940 
Weiqi Zhang a, b, c, 1, Han Yin d, 1, Chenchen Wang a, 1, Xiaowei Ma a, b, c, Dazhuang Miao a, b, c, Guimiao Li e, Wei Chen a, Zhiyong Hou a, Xianda Gao a, , Yingze Zhang a, b, c, f, , Di Zhang a,
a Department of Orthopeadic Surgery, Hebei Medical University Third Hospital, Shijiazhuang, Hebei Province 050051, China 
b NHC Key Laboratory of Intelligent Orthopeadic Equipment, Hebei Medical University Third Hospital, Shijiazhuang, Hebei Province 050051, China 
c Orthopaedic Research Institution of Hebei Province, Hebei Medical University Third Hospital, Shijiazhuang, Hebei Province 050051, China 
d Department of Orthopaedic, Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Hubei Province 430022, China 
e Department of Knee Joint Surgery, First Affiliated Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang, Hebei Province 050000, China 
f Chinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China 

Corresponding authors. ⁎⁎ Corresponding author at: Department of Orthopeadic Surgery, Hebei Medical University Third Hospital, Shijiazhuang, Hebei Province 050051, China. Department of Orthopeadic Surgery, Hebei Medical University Third Hospital Shijiazhuang Hebei Province 050051 China

Abstract

Oxidative stress and apoptosis mediated senescence of nucleus pulposus cells (NPCs) and the degradation of extracellular matrix (ECM), which represent a key mechanism underlying intervertebral disc degeneration (IVDD). Mesenchymal stem cell-derived exosomes hold therapeutic potential for tissue repair; however, their clinical application is limited by rapid clearance, short half-life, and poor target specificity. To overcome these challenges, this study developed poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microspheres as a sustained-release carrier for exosomes derived under either normoxic (Exos, 21% O₂) or hypoxic (H-Exos, 1% O₂) conditions. The PLGA microspheres demonstrated high exosome-loading efficiency and provided controlled release for over four weeks. Released hypoxic exosomes activate PPAR-γ pathway, exerting better effects by reducing NPCs SA-β-gal positive rate by 59.8% and elevates Col II and ACAN levels by 30.7% and 25.5%. Animal experiments confirmed that this system effectively attenuated IVDD progression indicating its potential for clinical translation.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Fabricated PLGA microspheres with > 90 % exosome encapsulation efficiency and 4-week controlled release capability.
Hypoxic exosomes significantly enhance the cell activities of NPCs by reducing the SA-β-gal positive rate with 59.8 %.
PLGA@H-Exos antagonize oxidative stress and reduce ROS levels with 61.5 %.
Hypoxic preconditioning enhances the bioactivity of exosomes in activating the PPAR-γ pathway by enriching HIF-1α.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Oxidative stress, Intervertebral disc degeneration, Microspheres, Exosomes, Hypoxia, PPAR-γ pathway


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Vol 195

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